Продавливание железобетонных плит перекрытия колоннами

В настоящее время большое количество зданий выполняется с плоскими плитами перекрытия, опирающимися в большинстве случаев точечно на колонны. Это продиктовано потребностью в обеспечении свободных планировочных решений.

Фундаменты зданий также часто решаются в виде плит с опирающимися на них колоннами. Сопряжение горизонтальных плитных конструкций с вертикальными стержневыми элементами (колоннами) как правило выполняется в монолитном железобетоне. В этом случае необходима проверка прочности плит на продавливание от действия концентрированной нагрузки, а для краевых и угловых колонн следует учитывать не только вертикальные силы, но и значительные моменты. В действующих до недавнего времени нормах рассматривалось только центральное продавливание, с введением СП 52-101 рассматривается более общий случай, учитывающий действие изгибающих моментов. Однако корректной экспериментальной проверки на базе отечественных исследований методика расчета на продавливание, изложенная в СП, не имеет.

В ОАО институт "УралНИИАС" по заданию челябинской строительной фирмы «Монолит» применительно к проектируемому этой компанией зданию были выполнены испытания фрагментов плит, в том числе на продавливание колоннами, результаты которых представляют определенный интерес.

Испытания образцов проводились на стационарном прессе в цехе испытаний Института. Было испытано три образца, моделирующих сопряжение с плитой средней колонны (центральное продавливание), краевой (момент в одном направлении) и угловой (моменты в двух направлениях). Все три образца имели одинаковые размеры и армирование. Размеры колонны, толщина плиты и армирование соответствовали принятым в проекте здания, размеры фрагмента плиты в плане 1 470х1 470 мм назначались исходя из возможности установки образца в прессе.

Фрагменты нагружались поперечными силами и моментами по граням колонн, полученными из общего расчета данного здания.
Отношение момента к вертикальному усилию во всех рассматриваемых случаях оказалось близким и соответствовало эксцентриситету силы, примерно равному 38 см. Этот эксцентриситет находится в пределах поля образца, позволяет осуществить нагружение одной вертикальной силой с каждой стороны колонны и разместиться пирамиде продавливания в пределах поля между силами. Усилие на плиту опытного образца с каждой стороны образца передавалось через два установленных на раствор штампа размерами в плане 440х210 мм. Таким образом, между гранью колонны и штампом оставался промежуток шириной 380–210/2 = 275 мм при расчетной проекции призмы продавливания на горизонтальную плоскость 190 мм.

При испытаниях для более корректного моделирования сопряжения с колоннами перекрытий нижних этажей колонна пригружалась нагрузкой 500–600 т. Нагружение осуществлялось этапами с сохранением соотношения сил, приращение нагрузки на этапе назначалось равным 10–20% предполагаемой разрушающей нагрузки, время выдержки на этапе составляло 5–10 минут.

Все образцы были доведены до продавливания. Продавливание в первом образце было получено при первом нагружении, остальные образцы с целью испытания колонны, а также в силу различных срывов нагружались неоднократно. Второй образец сначала был нагружен суммарной нагрузкой на плиту, составляющей 70% от окончательной разрушающей, при этом нагрузка на колону достигала 900 т, затем только колонна была нагружена той же нагрузкой без загружения плиты и лишь потом испытание было доведено до продавливания. Третий образец сначала был нагружен суммарной нагрузкой на плиту, составляющей 75% от окончательной разрушающей, потом испытание было доведено до продавливания.

В ходе нагружения фиксировались перемещения и деформации, а также отмечались трещины, которые сначала были связаны с изгибом плиты. Испытания прекращались с началом появления трещины продавливания, причем ее раскрытие и вертикальный сдвиг поверхности плиты по трещине продавливания сразу достигали или превышали величину 1 мм, что свидетельствует о текучести арматуры. Грани призмы продавливания на участке ее появления были наклонены к горизонту под углом, близким к 450, причем во всех случаях трещины, ограничивающие призму продавливания, не были связаны с уже появившимися изгибными трещинами.

Величины разрушающих нагрузок при продавливании приведены в таблице, здесь же дано сопоставление полученных значений с расчетными, полученными различными методами. Во всех случаях опытные значения оказались меньше расчетных, полученных по методике, предлагаемой СП. Для центрального продавливания (испытание ЭО-1-1) опытное значение превышало расчетное в 1,46 раза (при разрушении от текучести арматуры), в остальных случаях запас был много больше, т. е. предложенная СП методика для рассматриваемого случая обеспечивает прочность, хотя и с неоправданно большим запасом. В этом плане представляет интерес сопоставление результатов эксперимента с другими расчетными методиками (см. таблицу 1). В смысле стабильности результатов лучшими представляются национальные нормы Великобритании; это практически совпадает с данными, полученными в Белоруссии [3].

Табл. 1. Результаты испытаний и сопоставление с расчетными величинами

Следует отметить, что полученные результаты относятся только к колоннам (штампам) квадратного сечения, для прямоугольных колонн (вытянутых пилонов) вывод о том, что предложенная методика всегда обеспечивает прочность, к сожалению, не может быть распространен. Хотелось бы еще отметить, что анализ работы сопряжения плоских плит с колоннами при проектировании не должен сводиться только к проверке продавливания — необходимо также рассмотреть совместность деформирования плиты и колонны в вертикальном направлении.

__________________________________________________________________

Автор: В. В. Чижевский, И. А. Арьянов