Исследование НДС железобетонных каркасных систем при прогрессирующем разрушении

В практике проектирования многоэтажных зданий сегодня требуется обеспечить безопасность здания от прогрессирующего разрушения. В европейских странах и США вопросу прогрессирующего обрушения уделено огромное значение.

Вопрос о методике расчета монолитных каркасов на ПО окончательно еще не решен. На сегодняшний день отсутствует методика расчета на ПО различных видов каркасов в пространственной постановке. Конечно, современные программные комплексы (Lira, SAP 2000) позволяют проводить расчеты здания при запредельных нагрузках, но достоверность методики расчета не подтверждена экспериментальными исследованиями.

С 2009 года действует стандарт организаций СТО — 008 — 02495342 — 2009 «Предотвращение прогрессирующего обрушения железобетонных монолитных конструкций зданий. Проектирование и расчет», который устанавливает правила проектирования железобетонных монолитных конструкций жилых, общественных и производственных зданий, подлежащих защите от прогрессирующего обрушения при аварийных ситуациях.

В соответствии с данными нормами требования по защите от прогрессирующего обрушения предъявляются к  объектам, разрушение которых может привести к большим социальным, экологическим и экономическим потерям.

С целью апробации методик стандарта организации были проведены численные и экспериментальные исследования монолитных каркасов.

В рамках численного эксперимента был проведен расчет на ПО и анализ 2 фрагментов каркаса здания (один с центральной колонной, друг без нее) размерами в плане 12×12м, сеткой колонн 6×6м, высотой этажа 3м. Расчет проводился в ПК «Lira». Рассматриваемый фрагмент каркаса с сеткой колонн 6×6 метров является типовым, он находит значительное применение в современном монолитном домостроении.

В результате численного эксперимента были получены изополя перемещений, как в линейной постановке, так и с учетом физической нелинейности железобетона. Были использованы законы физической нелинейности, представленные в ПК «LIRA». Было выявлено, что прогиб с учетом физической нелинейности численно в ≈5 раз больше чем в упругой стадии. Был рассмотрен вариант гипотетического разрушения фрагментов каркаса (вывод из работы средней колонны), получены значения разрушающих нагрузок

В рамках экспериментальных исследований был произведен расчет и конструирование 2-х масштабных моделей. Расчеты проводились в ПК «Lira» с учетом физической нелинейности железобетона. Опалубка моделей была выполнена из влагостойкой фанеры, толщиной 1см. Армирование плиты моделей выполнено с учетом распределения моментов по плоскости плиты сварными сетками 1мм (ячейка 2020мм). Армирование колонн выполнено из 44 Вр-I.

Для проверки метода расчета представленного в [1] были испытаны 2 масштабных фрагмента монолитного каркаса здания 1,21,2м в масштабе 1:6,7. Сетка колонн принята 0,6×0,6м, толщина плиты перекрытия 3см, высота верхних и нижних колонн 30см (один с центральной колонной, другой без нее). При испытании равномерно распределенная нагрузка заменялась загружением через траверсу одним домкратом системой 16 сосредоточенных сил.

В результате эксперимента было получено, что модель №1 (с центральной колонной) разрушилась при нагрузке по динамометру в 2500кгс или 1940кг/м2, модель №2 (без центральной колонны) разрушилась при 1600кгс, что соответствовало 1240кг/м2 распределенной нагрузки.

Результаты испытаний масштабных моделей можно рассматривать при оценке стойкости к прогрессирующему обрушению реальных фрагментов каркаса. На основе теорем физического подобия, возможен перенос значений критических и разрушающих нагрузок на реальные фрагменты каркасов зданий. Так как характер армирования и размеры каркаса соответствуют эксплуатационной нагрузке 800кг/м2, можно сделать вывод о том что, реальный запас поврежденного и неповрежденного фрагментов соответственно равен 2,45 и 1,55. Прочность фрагмента при рассматриваемом варианте разрушения обеспечена без дополнительного армирования.

Результаты эксперимента подтверждают значительный запас за пределом несущей способности железобетонных монолитных конструкций, такой вывод можно сделать после сравнения результатов эксперимента с результатами расчетов в ПК «Lira». В итоге можно сделать вывод о том, что результаты расчетов на прогрессирующее обрушение в ПК «Lira» достоверны. Необходимо отметить, что выполнять их необходимо с учетом физической и геометрической нелинейности железобетона.

Поделиться
Отправить
Запинить
20 марта