Експериментальні дослідження квадратних сталебетонних плит

 

 

 

 

В роботі наведено результати експериментальних досліджень плит із зовнішньою листовою арматурою, яка поєднана із бетоном за допомогою анкерів. Розглядаються квадратні сталебетонні плити, вільно оперті по кутах, та плити з жорстким закріпленням кутів.

В статье приводятся результаты экспериментальных исследований плит с внешним листовым армированием, соединенным с бетоном при помощи анкеров. Рассматриваются квадратные сталебетонные плиты, свободно опёртые по углам, и плиты с защемлением углов.

The authors provide the experimental researches of square slabs with external steel reinforcement. Steel concrete slabs have a free stretch on corners and have a jamming of corners are considered.

Ключові слова:

Сталебетон, плити, армування, анкера, деформування, руйнування, напруження.

Сталебетон, плиты, армирование, анкера, деформирование, разрушение, напряжение.

Steel concrete, slabs, reinforcing, anchors, deformation, destruction, pressure.

 

Вступ. Сучасне проектування вимагає забезпечення надійності будівель і споруд при одночасному зниженні їх матеріалоємності, трудомісткості та вартості на етапах проектування, монтажу й експлуатації. До числа таких конструкцій відносяться конструкції з зовнішнім армуванням листовою сталлю – сталебетонні конструкції. Найбільший ефект при зниженні ресурсоємності мають плити перекриття та покриття з зовнішнім армуванням, що згинаються в двох напрямках.

Аналіз досліджень. Плоский сталевий лист працює в умовах двоосьового напруженого стану, завдяки чому підвищується жорсткість і несуча здатність плити при однаковій витраті металу в порівнянні із залізобетонною [1, 2]. Дана робота є розвитком досліджень [3].

Мета. Опис експериментального дослідження, підготовка установки для експерименту та її перевірка. Визначення та порівняння відповідно нормативним документам [4, 5] фізико-механічних властивостей матеріалів зразків плит – бетону та сталі.

Для вивчення питань, покладених в основу експериментальних досліджень, було виготовлено вісім дослідних зразків, що є квадратними в плані плитами зі стороною 1000 мм і завтовшки 62 мм. Кожен зразок складався з наступних складових частин: армоопалубочного елементу, виконаного з плоского металевого листа завтовшки 2 мм, петлевих анкерів і бетонного шару. Конструктивне рішення зразків наведено на рис. 1, 2.

Зразки П-1, П-2, П-5 та П-6 запроектовані і виготовлені у вигляді бетонної плити із зовнішнім армуванням з листової сталі 1 (рис. 1). Для спільної роботи листова арматура об'єднана з бетоном похилими петлевими анкерами 3, розташованими за діагоналлю та у середині в напрямі краю кроком 100 мм. Їх нахил до горизонтальної поверхні складає 45° в напрямі від центру до краю плити.

Зразки П-3, П-4, П-7, П-8 (рис. 2) відрізняються від П-1, 2, 5, 6 тим, що петлеві анкера 3 розташовані з кроком 50 мм.

 

Рис. 1. Конструкція сталебетонних плит П-1, П-2, П-5, П-6 1 – сталевий лист, 2 – бетон, 3 – петлеві анкера

 

Рис. 2. Конструкція сталебетонних плит П-3, П-4, П-7, П-8 1 – сталевий лист, 2 – бетон, 3 – петлеві анкера

 

Для анкеровки використовували дротяну рифлену арматуру діаметром 4 мм класу Вр-1. Анкери (рис. 3) приварювалися до сталевого листа ручним напівавтоматичним зварюванням. При цьому, для запобігання зминання сталевого листа і забезпечення більшої зони включення його в роботу конструкції при відриванні, довжину зварного шва витримували рівною 10-15 мм.

 

Рис. 3. Геометричні розміри анкеру, мм

 

Бетонування дослідних зразків було виконане у лабораторії кафедри «Будівельні матеріали, конструкції та споруди» Української державної академії залізничного транспорту. Для виготовлення бетонної суміші використовували дрібнозернистий бетон з В: Ц=0, 43. При виготовленні бетонної суміші застосовувався портландцемент марки М500 Балаклеївського цементного заводу ВАТ «Балцем», пісок Полтавського піщаного кар'єру і щебінь фракцією 5…25 мм. Перед бетонуванням відсів був ретельно очищений від пилуватих часток. Проектний склад бетону уточнювали замісами. Після бетонування встановлювали плиту на вібромайданчик для ущільнення бетонної суміші.

Для отримання даних о фізико-механічних характеристиках бетону і сталі були виготовлені бетонні куби розмірами 100×100×100 мм серії К1…К24, балочки розмірами 40×40×160 мм серії Б1…Б12 і сталеві смужки розмірами 350×30 мм, вирізані із зовнішнього армування зразків.

По закінченню трьох годин після бетонування, дослідні і контрольні зразки покривалися поліетиленовою плівкою. По мірі твердіння, зразки постійно зволожувалися. Дослідні і контрольні зразки витримувалися в природних умовах до набору ними 100% міцності (28 діб).

Зразки плит були випробувані на спеціальній установці, схема якої представлена на рис. 4. Конструкція є самоурівноваженою системою, що складається з основи, до якої приварена рама 2, що навантажується. На основу 1 за допомогою болтів 6 жорстко встановлювалися квадратні накладки 3 для вільного обпирання плит П-1, 2, 3, 4 по кутах. Випробування плит проводили на дію зосередженого навантаження, яке було прикладене у центрі плити і передавалося через квадратний штамп зі стороною 10 см. Робоче зусилля здійснювалось гідравлічним домкратом 5. Під штампом знаходиться шар щільної маслобензостійкої гуми 4 завтовшки 1 см, для запобігання продавлювання бетону під штампом. Жорстке затиснення кутів для плит П-5, 6, 7, 8 було виконано за допомогою струбцин, спеціально виготовлених для експерименту.

 

Рис. 4. Загальний вигляд випробувальної установки

1 – існуюча основа експериментальної установки, 2 – розпірна рама, 3 – квадратні накладки для вільного обпирання плит П-1, 2, 3, 4 по кутах, 4 – маслобензостійка гума, 5 – гідравлічний домкрат з манометром, 6 – болтове з'єднання

 

Для визначення деформативно-міцностних характеристик матеріалів здійснюється випробування контрольних бетонних і сталевих зразків відповідно до [4, 5]. Результати випробувань приведені в табл. 1. Графік залежності для сталі приведений на рис. 5.

 

Рис. 5. Діаграма розтягнення сталі

 

Таблиця 1

Фізико-механічні характеристики матеріалів

 

Висновки. Отримані дані про фізико-механічні властивості матеріалів (бетону і сталі) сталебетонних квадратних плит. Запроектовані моделі експериментальних зразків дозволяють оцінити вплив на несучу здатність плит при різному кроці розташування анкерів.

 

1. Чихладзе, Э. Д. Теория деформирования сталебетонных плит [Текст] / Э. Д. Чихладзе, А. Д. Арсланханов // Совершенствование методов расчёта и проектирования конструкций и сооружений: сб. науч. трудов. – Харьков, ХарГАЖТ, 1996. – Вып. 27 – С. 4-39.

2. Chikhladze E. D. Experimental Researches of Steel-Concrete Plates [Тext] / Chikhladze E. D., Vatulya G. L. // Shells and spatial structures: from resent past to the next millennium // Proceedings of the IASS 40th Anniversary Congress – Madrid, − 1999. – Vol. 1. – P. 13-18.

3. Чихладзе Э. Д. Напряжённо-деформированное состояние сталебетонных пластинок [Текст] / Э. Д. Чихладзе, А. А. Шевченко, А. А. Петрушевская // Напряжённо-деформированное состояние сталебетонных пластинок: зб. наук. праць. – Харків, УкрДАЗТ, 2011. – Вип. 125. – С. 5-12.

4. Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками: ДСТУ Б В. 2. 7-214: 2009. – [Чинний від 2010-09-01]. -К. : Мінрегіонбуд України, 2010. – 43с. – (Національний стандарт України).

5. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение: ГОСТ 12004-81. – [Введен в действие от 1983-07-01]. – М. : Государственный стандарт союза ССР, 1995. – 10 с. – (Межгосударственный стандарт).