Экспериментальные исследования сборно-монолитного перекрытия с преднапрягаемой арматурой

проектирование и конструирование

строительных систем. проблемы механики в строительстве

УДК 624.04

А.А. Коянкин, О.А. Топакова

СФУ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СБОРНО-МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ С ПРЕДНАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРОЙ

Сборно-монолитное строительство постепенно начинает становиться все более распространенным видом домостроения, но при этом имеется недостаток данных, в т.ч. и экспериментальных, позволяющих объективно оценить напряженно-деформированное состояние конструкции сборно-монолитного перекрытия, были проведены экспериментальные исследования по изучению напряженно-деформированного состояния сборно-монолитного перекрытия с преднапрягаемой арматурой.

Ключевые слова: сборно-монолитное балочное перекрытие, несущая способность, жесткость, трещиностойкость, предварительно напрягаемая арматура

В настоящее время основным конструкционным материалом в жилищно-гражданском и промышленном строительстве является железобетон. Причем сборно-монолитный железобетон набирает все большую популярность [1—4, 8—20]. В [5—7] было предложено новое конструктивное решение сборно-монолитного каркаса, в котором смонтированные сборные элементы способны самостоятельно воспринимать монтажные нагрузки, возникающие на стадии строительства, а после набора монолитным бетоном требуемой прочности начинается совместная работа сборных и монолитных частей каркаса на восприятие эксплуатационных нагрузок и нагрузок от ненесущих элементов здания.

С целью изучения напряженно-деформированного состояния сборно-монолитного перекрытия предложенного в [5—7] каркаса, в лаборатории испытания строительных конструкций Сибирского федерального университета были проведены соответствующие экспериментальные исследования. Была изготовлена и испытана экспериментальная модель (рис. 1) фрагмента сборно-монолитного здания (масштаб уменьшения 1:6), включающая в себя:

сборно-монолитные ригели, состоящие из монолитного железобетона (кл. В25), монтируемого на сборной части ригеля. Армирование ригеля выполнялось одним продольным напрягаемым стержнем 03Вр15ОО, который имел разноуровневое расположение (вверху на опоре и внизу в пролете), повторяя эпюру изгибающих моментов;

сборные колонны (70 х 70 х 1000 (И) мм), изготавливаемые из железобетона кл. В25 и армированные четырьмя продольными стержнями 08А400 и поперечными стержнями 04В500. В месте устройства монолитной части ригеля в колонне оставлялось место свободное от бетона;

ВЕСТНИК

3/2016

сборные плиты, имеющие размеры 970 х 225 х 40 (И) мм, выполняемые из железобетона класса В25 и армированные двумя стержнями 03В5ОО.

а

б

Рис. 1. Экспериментальная модель: а — расположение напрягаемой арматуры в несущем ригеле; б — общий вид

Загружение экспериментальных образцов осуществлялось штучными грузами, располагаемыми равномерно (с отступами по 100 мм от продольных осей) на всей поверхности плиты перекрытия. Нагрузка прикладывалась в 4 этапа и на последнем этапе составила 3,70 кН/м2.

В результате проведенных испытаний зафиксировано, что первые нормальные трещины в экспериментальной модели образуются в центре сборной части ригелей при нагрузке на перекрытие 1,36 кН/м2. Ширина раскрытия этих трещин составила 0,1.. .0,2 мм, что не превысило предельно допустимых значений. в дальнейшем трещины образуются логично и прогнозируемо, а также происходит равномерное раскрытие ранее образовавшихся трещин. Нормальные трещины образуются в сборной части ригеля (нижняя растянутая зона) — в центре и в месте перехода напрягаемой арматуры в верхнюю зону, а также в опорной зоне монолитной части ригеля — возле колонны. До 4-го этапа загру-жения ширина раскрытия трещин не превысила нормативно допустимого значения, но при достижении нагрузки на перекрытие 3,70 кН/м2, что существенно превышает расчетное значение нагрузки при расчете по 2-й группе предельных состояний, раскрытие ряда ранее образовавшихся (на 2-м и 3-м этапах) трещин составило 0,3...0,5 мм. Образования наклонных трещин не зафиксировано.

на основании вышесказанного можно констатировать, что предложенная в [5—7] конструкция каркаса удовлетворяет нормативным требованиям по тре-щиностойкости.

Анализ графика прогибов, полученного при проведении экспериментальных исследований, показал, что прогибы увеличиваются равномерно без резких скачков (рис. 2). величины прогибов, даже при загружении до 3,70 кШм2, значительно меньше, чем нормативно допустимые прогибы. в частности, максимальное значение прогиба на 4-м этапе загружения составило 3,4 мм по ригелю среднего ряда, притом что предельно допустимое значение — 10 мм. Получение такого эффективного результата объясняется применением напрягаемой в процессе монтажа арматуры сборно-монолитных ригелей.

рис. 2. зависимости прогибов в крайнем ряду

По результатам обработки показаний тензометрических датчиков видно, что во всех образцах деформации бетона сжатых зон (в пролете монолитной части и на опоре сборной части) ригеля в местах установки тензодатчиков не достигли предельных значений равных 0,002, т.е. разрушения сжатой зоны бетона зафиксировано не было даже на 4-м этапе при нагрузке 3,70 кИ/м2 (рис. 3).

рис. 3. (начало) График относительных сжимающих деформаций бетона ригелей: а — верхней (монолитной) части в пролете

а

ВЕСТНИК

3/2016

Нагрузка, кН

Т50

б

Рис. 3. (окончание) График относительных сжимающих деформаций бетона ригелей: б — нижней (сборной) части на опоре

Об этом свидетельствует и визуальный осмотр конструкции, не обнаружив признаков разрушения. Все тензометрические датчики показали примерно одинаковую картину нарастания деформаций.

Экспериментальный образец не был доведен до разрушения. При этом на последнем этапе нагружения (4-й этап) нагрузка составила 3,70 кН/м2, что более чем в 2 раза превышает эксплуатационную нормативную нагрузку на перекрытие жилого здания. Каких-либо визуальных признаков разрушения конструкции (раздробление сжатой зоны бетона, исчерпание несущей способности арматуры, продергивание арматуры, резкое нарастание прогибов, сдвиг элементов друг относительно друга и т.д.), кроме образования трещин в растянутой зоне, не зафиксировано.

Проведенные экспериментальные исследования сборно-монолитного перекрытия с преднапрягаемой арматурой позволили сделать выводы о том, что предлагаемое в [5—7] конструктивное решение каркаса обладает достаточной жесткостью, трещиностойкостью и несущей способ ностью и прекрасно подходит для устройства перекрытий больших пролетов в жилых и общественных зданиях.

Библиографический список

1. Мордич А.И., Белевич В.Н., Симбиркин В.Н., Навой Д.И., Миронов А.Н., Рай-чев В.П., Чубрик А.И. Эффективные конструктивные системы многоэтажных жилых домов и общественных зданий (12.. .25 этажей) для условий строительства в Москве и городах Московской области, наиболее полно удовлетворяющие современным маркетинговым требованиям. Минск : НИЭПУП «Институт БелНИИС», 2002. 117 с.

2. Шембаков В.А. Сборно-монолитное каркасное домостроение. Руководство к принятию решения. 2-е изд., перераб. и доп. Чебоксары : ООО «Чебоксарская типография № 1», 2005. 119 с.

3. Унифицированная система сборно-монолитного безригельного каркаса КУБ 2.5. Вып. 1-1 ЦНИИПИ «Монолит». М. : Стройиздат, 1990. 49 с.

4. Никитин Н.В., Франов П.И., Тимонин Е.М. Рекомендации по проектированию конструкций плоского сборно-монолитного перекрытия «Сочи». 3-е изд., перераб. и доп. М. : Стройиздат, 1975. 34 с.

5. Коянкин А.А., Митасов В.М. Каркас сборно-монолитного здания и особенности его работы на разных жизненных циклах // Вестник МГСУ. 2015. № 9. С. 28—35.

6. Пат. 149440 RU, МПК Е04В5/16. Сборно-монолитное железобетонное перекрытие / A.A. Коянкин, В.М. Митасов ; патентообладатель СФУ. № 2014131676 ; за-явл. 30.07.2014 ; опубл. 10.01.2015. Бюл № 1.

7. Пат. 149047 RU, МПК Е04В5/16. Сборно-монолитное железобетонное перекрытие / A.A. Коянкин, В.М. Митасов ; патентообладатель СФУ. № 2014125759/03 ; заявл. 25.06.2014; опубл. 20.12.2014. Бюл. № 35.

8. Пат. 2107784 RU, МПК Е04В1/35, E04G23/00, E04G21/00. Способ возведения, восстановления или реконструкции зданий, сооружений и способ изготовления строительных изделий и конструкций из композиционных материалов, преимущественно бетонов, для возведения, восстановления или реконструкции зданий, сооружений / В.Н. Селиванов, С.Н. Селиванов. № 96124582/03 ; заявл. 30.12.1996 ; опубл. 27.03.1998.

9. Пат. 2226593 RU, МПК Е04В1/18. Железобетонный сборно-монолитный каркас многоэтажного здания / А.И. Мордич, С.Н. Кучихин, В.Н. Белевич, В.Н. Симбиркин. № 2002118292/03 ; заявл. 08.07.2002 ; опубл. 10.04.2004. Бюл. № 10.

10. Пат. 45415 RU, МПК Е04В1/20. Сборно-монолитный железобетонный каркас многоэтажного здания «Казань-ХХ1в» / И.И. Мустафин. № 2004139241/22 ; заявл. 27.12.2004 ; опубл. 10.05.2005. Бюл. № 13.

11. Митасов В.М., Коянкин А.А. Работа сборно-монолитного перекрытия // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 3 (663). С. 103—110.

12. Мордич А.И. Сборно-монолитные и монолитные каркасы многоэтажных зданий с плоскими распорными перекрытиями // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2001. № 8—9. С. 10—14.

13. Мордич А.И., Белевич В.Н., Симбиркин В.Н., Навой Д.И. Опыт практического применения и основные результаты натурных испытаний сборно-монолитного каркаса БелНИИС // Бюллетень строительной техники. 2004. № 8. С. 8—12.

14. Копривица Б. Применение каркасной системы ИМС для строительства жилых и общественных зданий // Жилищное строительство. 1984. № 1. С. 30—32.

15. Мордич А.И., Садохо В.Е., Подлипская И.И., Таратынова Н.А. Сборно-монолитные преднапряженные перекрытия с применением многопустотных плит // Бетон и железобетон. 1993. № 5. С. 3—6.

16. Bausysteme mit Gitterträgern. Fachgruppe Betonbauteile mit Gitterträgern im BDB. Bonn, 1998. 40 p.

17. Janti F. Сборно-монолитный каркас «Delta» // Проспект компании «Deltatek OY». 1998. 6 с.

18. Dimitrijevic R. A prestressed «Open» system from Jugoslavia. Système «Ouvert» Précontraint Yougoslave // Batiment Informational, Building Research and Practice. 1978. Vol. 6. No. 4. Pp. 244, 245—249 // Научно-технический реферативный сборник ЦИ-НИС. 1979. Сер. 14. Bbm. 3. С. 8—12.

19. Pessiki S., Prior R., Sause R., Slaughter S. Review of existing precast concrete gravity load floor framing system // PCI Journal. 1995. Vol. 40. No. 2. Pp. 52—67.

20. Schwerm D., Jaurini G. Deskensysteme aus Betonfertigteilen. Informationsstelle Beton-Bauteile. Bonn, 1997. 37 p.

Поступила в редакцию в декабре 2015 г.

Об авторах: Коянкин Александр Александрович — кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций и управляемых систем, Сибирский федеральный университет (СФУ), 660041, г. Красноярск, пр-т Свободный, д. 79, KoyankinAA@mail.ru;

Топакова Ольга Александровна — магистрант кафедры строительных конструкций и управляемых систем, Сибирский федеральный университет (СФУ), 660041, г. Красноярск, пр-т Свободный, д. 79, 7olyatopakova7@mail.ru.

вестник 3/2016

Для цитирования: Коянкин А.А., Топакова О.А. Экспериментальные исследования сборно-монолитного перекрытия с преднапрягаемой арматурой // Вестник МГСУ. 2016. № 3. С. 19—25.

A.A. Koyankin, O.A. Topakova

EXPERIMENTAL RESEARCH OF SLAB CAST OVER PRECAST JOISTS WITH PRESTRESSED REINFORCEMENT

At the present time reinforced concrete is the main construction material in civil and industrial construction. Cast-in-place and precast construction is gradually becoming a more widespread type of house-building, but still there is a lack of data, including experimental data, which allows evaluating the stress and strain state of a construction of a slab cast over precast joists. Experimental research of stress and strain state of slab cast over precast joists with prestressed reinforcement was carried out. An experimental model of a fragment of a hybrid precast/cast-in-place building was produced and tested (reduction scale 1:6).

The experimental investigations of slab cast over precast joists with prestressed reinforcement proved that the construction solution of the framework offered in the previous works of the authors possess good stiffness, crack-resistance and bearing capacity. It well fits for constructing the slabs of long spans in residential and public buildings.

Key words: cast-in-place and precast beam floor, load-bearing ability, stiffness, crack resistance, prestressed reinforcement

References

1. Mordich A.I., Belevich V.N., Simbirkin V.N., Navoy D.I., Mironov A.N., Raychev V.P., Chu-brik A.I. Effektivnye konstruktivnye sistemy mnogoetazhnykh zhilykh domov i obshchestven-nykh zdaniy

2. Shembakov V.A. Sborno-monolitnoe karkasnoe domostroenie: rukovodstvo k prin-yatiyu resheniya [Cast-in place and Precast Frame House-Building. Guidance for Decision-Making]. 2nd edition, revised. Cheboksary, 2005, 119 p. (In Russian).

3. Unifitsirovannaya sistema sborno-monolitnogo bezrigel'nogo karkasa KUB 2.5. Vy-pusk 1-1 / TsNIIPI «Monolit» [Unified System of Precast-Cast-in-place Reinforced Concrete Composite Frame without Collar Beams KUB 2.5. Edition 1-1 / TSNIIPI "Monolit"]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1990, 49 p.

4. Nikitin N.V., Franov P.I., Timonin E.M. Rekomendatsii po proektirovaniyu konstruktsiy ploskogo sborno-monolitnogo perekrytiya «Sochi» [Recommendations for Engineering Constructions of a Flat Precast-Cast-In-Place Slab "Sochi"]. 3rd edition, revised. Moscow, Stroyizdat Publ., 1975, 34 p.

5. Koyankin A.A., Mitasov V.M. Karkas sborno-monolitnogo zdaniya i osobennosti ego raboty na raznykh zhiznennykh tsiklakh [Cast-In-Place Building Frame and its Features at Separate Life Cycles]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 9, pp. 28—35.

6. Koyankin A.A., Mitasov V.M. Patent 149440 RU, MPK E04V5/16. Sborno-monolitnoe zhelezobetonnoe perekrytie [Russian Patent 149440 RU, MPK E04V5/16. Slab Cast Over Precast Reinforced Concrete Joists]. Patent holder SFU. No. 2014131676; appl. 30.07.2014; publ. 10.01.2015. Bulletin no. 1.

7. Koyankin A.A., Mitasov V.M. Patent 149047 RU, MPK E04V5/16. Sborno-monolit-noe zhelezobetonnoe perekrytie [Russian Patent 149047 RU, MPK E04V5/16. Slab Cast Over Precast Reinforced Concrete Joists]. Patent holder SFU. No. 2014125759/03; appl. 25.06.2014; publ. 20.12.2014. Bulletin no. 35.

8. Selivanov V.N., Selivanov S.N. Patent 2107784 RU, MPK E04V1/35, E04G23/00, E04G21/00. Sposob vozvedeniya, vosstanovleniya ili rekonstruktsii zdaniy, sooruzheniy i sposob izgotovleniya stroitel'nykh izdeliy i konstruktsiy iz kompozitsionnykh materialov, prei-mushchestvenno betonov, dlya vozvedeniya, vosstanovleniya ili rekonstruktsii zdaniy, sooru-zheniy [Russian Patent 2107784 RU, MPK E04V1/35, E04G23/00, E04G21/00. Method of

Constructing, Reconstructing or Restoring Buildings, Constructions and Method of Producing Construction Products and Structures of Materials, Mainly Concretes, for Construction, Reconstruction or Restoration of Buildings and Structures]. No. 96124582/03 ; appl. 30.12.1996 ; publ. 27.03.1998.

9. Mordich A.I., Kuchikhin S.N., Belevich V.N., Simbirkin V.N. Patent 2226593 RU, MPK E04V1/18. Zhelezobetonnyy sborno-monolitnyy karkas mnogoetazhnogo zdaniya [Russian Patent 2226593 RU, MPK E04V1/18. Reinforced Concrete Precast and Cast-in Place Frame of a Multistoried Building]. No. 2002118292/03 ; appl. 08.07.2002 ; publ. 10.04.2004. Bulletin no. 10.

10. Mustafin I.I. Patent 2281362 RU, MPK E04V 1/20. Sborno-monolitnyy zhelezobetonnyy karkas mnogoetazhnogo zdaniya «Kazan'-XXIv» [Russian Patent 2281362 RU, MPK E04V 1/20. Precast-Cast-In-Place Reinforced Concrete Frame of a Multistory Building "Kazan-21v"]. Patent holder I.I. Mustafin. No. 2004139244/03 ; appl. 27.12.2004 ; publ. 10.05.2005. Bulletin no. 22.

11. Mitasov V.M., Koyankin A.A. Rabota diska sborno-monolitnogo perekrytiya [Operation of a Slab of Cast Over Precast Joists]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel'stvo [News of Higher Educational Institutions. Construction]. 2014, no. 3

12. Mordich A.I. Sborno-monolitnye i monolitnye karkasy mnogoetazhnykh zdaniy s ploskimi raspornymi perekrytiyami [In-cast and Precast Joists and Cast-In-Place Frames of Multi-Storey Buildings with Flat Space Slabs]. Montazhnye i spetsial'nye raboty v stroitel'stve [Erecting and Special Works in Construction]. 2001, no. 8—9, pp. 10—14.

13. Mordich A.I., Belevich V.N., Simbirkin V.N., Navoy D.I. Opyt prakticheskogo primen-eniya i osnovnye rezul'taty naturnykh ispytaniy sborno-monolitnogo karkasa BelNIIS [Experience of Practical Use and Main Results of In-Place Tests of Precast and Cast-In-Place Frame BelNIIS]. Byulleten' stroitel'noy tekhniki [Bulletin of Construction Equipment]. 2004, no. 8, pp. 8—12.

14. Koprivitsa B. Primenenie karkasnoy sistemy IMS dlya stroitel'stva zhilykh i obshchest-vennykh zdaniy [The Use of Frame System IMS for Construction of Residential and Industrial Buildings]. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 1984, no. 1, pp. 30—32.

15. Mordich A.I., Sadokho V.E., Podlipskaya I.I., Taratynova N.A. Sborno-monolitnye prednapryazhennye perekrytiya s primeneniem mnogopustotnykh plit [In-cast and Precast Joists Stressed Slabs with Use of Hollow-Core Slab]. Beton i zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete]. 1993, no. 5, pp. 3—6.

16. Bausysteme mit Gittertragern. Fachgruppe Betonbauteile mit Gittertragern im BDB. Bonn, 1998, 40 p.

17. Janti F. Sborno-monolitnyy karkas «Delta». Prospekt kompanii «Deltatek OY» [Precast-cast-in-place frame "Delta". Prospectus of the Company "Deltatek OY"]. 1998, 6 p.

18. Dimitrijevic R. A Prestressed «Open» System from Jugoslavia. Système «Ouvert» Précontraint Yougoslave. Batiment Informational, Building Research and Practice. 1978, vol. 6, no. 4, pp. 244, 245—249. Nauchno-tekhnicheskiy referativnyy sbornik TsINIS [Science and Technical Abstract Collection of the Central Institute of Scientific Information on Construction]. 1979, vol. 14, no. 3, pp. 8—12.

19. Pessiki S., Prior R., Sause R., Slaughter S. Review of Existing Precast Concrete Gravity Load Floor Framing System. PCI Journal. 1995, vol. 40, no. 2, pp. 52—67.

20. Schwerm D., Jaurini G. Deskensysteme aus Betonfertigteilen. Informationsstelle Beton-Bauteile, 1997, Bonn, 37 p.

About the authors: Koyankin Aleksandr Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Building Structures and Control Systems, Siberian Federal University (SibFU), 79 Svobodny Avenue, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation; koyankinaa@mail.ru;

Ol'ga Aleksandrovna Topakova — Master student, Department of Building Structures and Control Systems, Siberian Federal University (SibFU), 79 Svobodny Avenue, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation; 7olyatopakova7@mail.ru.

For citation: Koyankin A.A., Topakova O.A. Eksperimental'nye issledovaniya sborno-monolitnogo perekrytiya s prednapryagaemoy armaturoy [Experimental Research of Slab Cast over Precast Joists with Prestressed Reinforcement]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 3, pp. 19—25.