Работа узлов сопряжения колонн из высокопрочного бетона с перекрытием в монолитных зданиях с рамно-связевой системой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Болгов, Андрей Николаевич

• Болгов, Андрей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Болгов, Андрей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Экспериментальные исследования узлов сопряжения колонн из высокопрочного бетона с перекрытиями из бетона 9 средней прочности.

1.2 Экспериментальные исследования работы узлов ПББП на ^ продавливание.

1.3 Постановка задач исследования прочности узлов безбалочных безкапительных перекрытий с колоннами.

1.4 Выводы

ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ УЗЛОВ ПББПП С КОЛОННАМИ.

2.1 Определение геометрических и физических параметров конечно-элементной модели.

2.2 Сопоставление результатов КЭ моделирования с экспериментальными данными.

2.3 Численное моделирование несущей способности узлов и исследуемые факторы.

2.4 Расчетная схема и нагрузка на образец.

2.5 Результаты расчета

2.5.1 Влияние на несущую способность и деформативность узлов нагрузки на плите.

2.5.2 Влияние на несущую способность узлов изменения отношений Rpl / Rcol и h/c.

2.5.3 Влияние на несущую способность узлов концентрации поперечной арматуры колонн.

2.5.4 Влияние на несущую способность узлов применения • высокопрочной арматуры в колоннах.

2. 6 Выводы.

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1 Экспериментальные исследования узлов плоских ^ безбалочных перекрытий с колоннами из бетона разного класса.

3.1.1 Конструкция опытных образцов данных.

3.1.2 Методика испытания.

3.1.3 Результаты испытаний и анализ экспериментальных данных.

3.1.1.1 Относительные деформации прослойки образцов.

3.1.1.2 Характер трещинообразования и несущая способность образцов.

3.2 Экспериментальные исследования продавливания железобетонных плит плоских безбалочных безкапительных перекрытий

3.2.1 Определение размеров образцов узлов и выбор схемы испытаний.

3.2.2 Установка для испытания узлов перекрытия с ^^ колоннами.

3.2.3 Конструкция опытных образцов.

3.2.4 Методика измерения.

3.2.5 Схема приложения нагрузки на образцы.

3.2.6 Результаты испытаний и показания приборов.

3.2.6.1 Трещинообразование.

3.2.6.2 Показание ультразвуковых датчиков.

3.2.6.3 Прогибы и углы поворота плиты.

3.2.6.4 Относительные деформации бетона нижней поверхности плиты.

3.2.6.5 Относительные деформации арматуры плиты.

3.2.6.6 Деформации бетона колонн.

3.2.6.7 Разрушающая нагрузка и характер разрушения.

3.2.7 Сравнение результатов экспериментов с несущей способностью плит на продавливание по нормам проектирования.

3.3 Выводы по главе.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ-ДАННЫХ И СРАВНЕНИЕ С

СУЩЕСТВУЮЩИМИ ЗАВИСИМОСТЯМИ.

4.1 Сравнение несущей способности на продавливание, полученной расчетом по СП 52-101-2003, с экспериментальными данными.

4.1. 1* Влияние прочности бетона.

4.1.2. Влияние процента продольной арматуры плиты

4.1.3 Влияние сжимающего усилия со стороны верхней 101Г колонны.

4.2 Сравнение несущей способности узлов с разной прочностью бетона на сжатие по предлагаемым зависимостям с экспериментальными данными и имеющимися предложениями по расчету

4.2.1 Сравнение несущей способности экспериментальных образцов с результатами расчета на КЭ моделях.

4.2.2 Сравнение несущей способности узлов по предлагаемым зависимостям с экспериментальными данными и с существующими методами расчета.

4.2.3 Сравнение несущей способности узлов при применении в колоннах высокопрочной арматуры.

4.3 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Работа узлов сопряжения колонн из высокопрочного бетона с перекрытием в монолитных зданиях с рамно-связевой системой»

Приоритетным направлением в строительстве административных и жилых зданий является возведение высотных зданий (здания высотой более 75м), значительную долю которых составляют монолитные железобетонные здания рамно-связевой системы. Причиной этого является высокая плотность городской застройки крупных городов и высокая стоимость земельных участков.

Возведение зданий рамно-связевой системы из монолитного железобетона является одним из основных направлений в развитии высотного строительства, как в нашей стране, так и за рубежом. Это в значительной мере обусловлено тем, что данное решение обеспечивает возможность строительства зданий различного назначения ■ любой конфигурации в плане, в том числе многопролетных, с различным объемно-планировочным решением.

Кроме того, высотные здания из монолитного железобетона зачастую имеют большую пространственную жесткость по сравнению со зданиями с металлическим каркасом.

Актуальность темы.

Одним из основных недостатков применения железобетона в высотных зданиях является больший собственный вес несущих конструкций в сравнении с металлическим каркасом. Особо остро этот вопрос возникает при строительстве на слабых грунтах и подрабатываемых территориях. Поэтому снижение собственного веса здания за счет применения новых видов материалов является в настоящее время одной из главных задач при проектировании высотных зданий [17] .

Дифференцированный подход при назначении класса бетона в колоннах разных этажей позволяет значительно сократить размеры их сечений и увеличить полезный объем здания [3] . В настоящее время такой подход широко распространен и в нашей стране и за рубежом.

Неэффективность применения высокопрочного бетона в плитах перекрытия и технологическая схема бетонирования стали причинами появления новых типов узлов колонн с плитой перекрытия.

Таким образом, актуальной задачей является изучение работы .узлов с разной прочностью бетона колонн и перекрытий, что позволяет рационально применять бетоны разной прочности в высотных зданиях.

При проектировании плоских безбалочных безкапительных плит перекрытия (ПББПП) зданий с рамно-связевой системой, в ряде случаев, толщина плиты определяется из расчета на продавливание. Последние экспериментальные данные о работе плит перекрытия из высокопрочных бетонов на продавливание показывают, что модель, принятая в отечественных нормах проектирования завышает фактическую несущую способность и требует корректировки. Применение узлов плит с колоннами из разной прочности приводит к появлению больших сжимающих усилий в нижних этажах, не учитываемых в расчете на продавливание.

Решение этих вопросов позволит учесть факторы, отвечающие действительной работе узлов при продавливании и сжатии, в том числе из бетона разной прочности, что повысит общую надежность несущих конструкций здания.

Целью работы является разработка метода расчета узлов сопряжений плит перекрытия с колоннами из высокопрочного бетона, которая позволяет моделировать их работу с высокой степенью надежности и разработка на их основе рекомендаций по конструированию.

Научную новизну работы составляют: - численная КЭ модель для расчета узлов сопряжения плит перекрытия с колоннами, учитывающая нелинейную работу железобетона на всех стадиях нагружения, включающую стадию разрушения;

- экспериментальные данные о влиянии на несущую способность безбалочных безкапительных плит перекрытия при продавливании, действия сжимающего усилия со стороны колонны и установленные на основании этих данных расчетные зависимости по определению несущей способности;

- экспериментальные данные о влиянии на несущую способность промежуточных, крайних и угловых узлов перекрытия с колоннами из разного класса бетона: отношения классов бетона колонн и плиты; нагрузки на плите перекрытия; отношения размеров сечения колонн и плиты; поперечного армирования; класса арматуры;

- расчетные зависимости по определению несущей способности узлов с разной прочностью бетона.

Практическое значение работы:

- предложены поправки к расчетной зависимости СП 52-101-2003 на продавливание, учитывающие результаты новых экспериментальных исследований по продавливанию плит из высокопрочного бетона, а так же учитывающие влияние продольной арматуры плиты и сжимающего усилия со стороны верхней колонны.

- разработаны рекомендации по расчету и конструированию узлов сопряжения ПББПП с колоннами, состоящими из разных классов бетонов.

Автор защищает:

- результаты численного моделирования работы узлов перекрытия с колоннами при разных соотношениях их прочностей и геометрических характеристик;

- результаты экспериментальных исследований - работы ПББПП на продавливание при действии нагрузки на верхней колонне;

- результаты экспериментальных исследований работы узлов колонн с плитой перекрытия при наличии в узле поперечного армирования.

Апробация работы

Основные положения диссертации, доложены на конференции творческой молодежи «Новые идеи развития бетона и железобетонных конструкций» / Москва. 2002 /; «Проектирование и строительство монолитных многоэтажных жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей» в НИИЖБ / Москва, 2004/; рассмотрении отчета по ГРАНТ РААСН / Москва 2005/.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в четырех печатных работах.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе и списка использованной литературы. Общий объем работы 152 страницы, 7 таблиц, 141 рисунков. Список литературы содержит 67 наименования.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Болгов, Андрей Николаевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Проведенные исследования работы узлов перекрытия с колоннами разной прочности показали, что основными влияющими факторами на несущую способность узлов являются: отношение прочности бетона колонн и плиты (Rcol / Rpl) ; отношение размеров сечения колонн и плиты (h/c) и изгибающий момент со стороны плиты перекрытия.

Выполненные экспериментальные исследования работы моделей узлов показали, что наличие хомутов в узле, а также применение высокопрочной арматуры в колоннах повышает несущую способность узлов. При этом, наличие хомутов повышает пластичность узла при разрушении.

По результатам проведенных испытаний плит на продавливание установлено, что сжатие со стороны верхней колонны оказывает положительное влияние на несущую способность и жесткость плиты. Данные выводы до проведения дальнейших исследований можно использовать только для отношений (Rcol / Rpl) , исследованных в работе.

Анализ экспериментальных данных по продавливанию позволил уточнить расчетные формулы отечественных норм, для случая симметричного продавливания, для плит перекрытия из высокопрочного бетона, а также плит с различным процентом армирования.

Выполненный сравнительный анализ численной модели, основанной на МКЭ с применением физически нелинейных КЭ и критериями прочности, с имеющимися экспериментальными данными работы узлов из разного класса бетона, показал ее хорошее соответствие опытным данным. Это . позволило использовать"данную модель в дальнейших исследованиях, работы узлов в условиях, трудновоспроизводимых в натурных экспериментах.

Численное моделирование работы промежуточных, крайних и угловых узлов позволило проследить их работу на всех стадиях нагружения, включая разрушение, а также установить, что разрушение промежуточных и крайних узлов имеет пластичный характер, в то время как угловые узлы разрушаются хрупко.

Так же на основе численного моделирования работы узлов было выполнено исследование влияния концентрации хомутов колонны в зоне узла, а также влияние высокопрочной арматуры на несущую способность узлов при сжатии. Установлено, что применение высокопрочной арматуры приводит к значительному повышению несущей способности промежуточных и крайних узлов, при этом изменяется характер разрушения крайних узлов с пластичного - при обычной арматуре в колоннах, до хрупкого -с высокопрочной арматурой. Применение высокопрочной арматуры в угловых колоннах незначительно повышает несущую способность угловых узлов при сжатии.

В результате проведенных исследований даны предложения по расчету узлов плит перекрытий с колоннами из разного класса бетона на сжатие, в зданиях с рамно-связевой системой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Болгов, Андрей Николаевич, 2005 год

1. А.Н. Тетиор. Прочность фундаментов. Киев, Минвуз 1993.

2. А.Э. Дорфман, Л.Н.Левонтин Проектирование безбалочных безкапительных перекрытий. М.: Стройиздат, 1975.

3. Волков Ю.С. Применение сверхпрочных бетонов / Бетон и Железобетон. №3, 1994г.

4. ВСН 32 Инструкция по проектированию панельных жилых зданий. ЦНИИЭП жилище М., 1987.

5. ГОСТ 10178-85* Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.

6. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

7. ГОСТ 22690-88 (1989) Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

8. ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

9. ГОСТ 8267-93* Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

10. ГОСТ 8736-93* Песок для строительных работ. Технические условия

11. Залесов А.С., Ермуханов К.Е., Качановский С.Г. Продавливание железобетонных плит // Сб. науч. трудов НИИЖБ, 1984. с.17-22.

12. Залесов А.С., С.Г. Качановский. Продавливание и переходные формы разрушения в плитах с поперечной арматурой. // Бетон и железобетон. 1983. - №4. - с15.

13. Коровин Н.Н., Ступкин А.В. Продавливание железобетонной плиты колонной/ Бетон и железобетон. 1978. - №8. - с36.

14. Коровин Н.Н., Голубев А.Ю. Продавливание толстых железобетонных плит/ Бетон и железобетон. 198 9. - №11. -с20.

15. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воентехлит, 2000. - 256с.

16. Максименко В.П. Реализация соотношений квазиизотропной модели деформирования бетона при трехосном напряженном состоянии.- Киев, 1988 21с. - Деп. во ВНИИИС №8556.

17. Пыжов Ю.К. Прочность опорных зон безбалочных перекрытий железобетонных плит при продавливании: Дис.канд.техн.наук. М., 1989. 166с.

18. Реализация соотношений квазиизотропной модели деформирования бетона при трехосном напряженном состоянии. Киев, 1988- 21с.20