Испытания опытных конструкций
Все опытные образцы трехслойных стеновых панелей испытаны в соответствии с проектом при одновременном загружении вертикальной и горизонтальной (ветровой) нагрузками в вертикальном положении, т.е. на косой изгиб (рис, 7.3, а, 6). Для испытаний выбраны панели, имеющие наибольший из номенклатуры расчетный пролет и предназначенные под нагрузки наибольшей величины.
Натурные образцы панелей испытаны на стенде, обеспечивающем независимую передачу вертикальной и горизонтальной нагрузок. Первая создавалась с помощью домкрата, вторая - естественными грузами. Равномерно распределенная нагрузка на панель - вертикальная (от собственного веса испытываемой и вышележащей панели) и горизонтальная (от ветра) заменялись соответственно четырьмя и восемью сосредоточенными силами, приложенными симметрично на расстояниях, равных четверти пролета. Вертикальную нагрузку передавали по верхней грани, а горизонтальную по боковой в двух уровнях с расстоянием между ними 100 см, а по длине панелей - как и вертикальную. Естественный груз в виде 20 кг гирь располагался на четырех платформах, нагрузка от которых передавалась на панель с помощью тросов и распределительных балок. Домкрат с помощью специального устройства при испытании перемещали вслед за панелью при ее прогибе, чтобы исключить горизонтальную составляющую от нагрузки при наклоне тяжей, передающих вертикальную нагрузку. Для обеспечения свободного поворота панелей при нагружении все опоры выполняли шаровыми подвижными: в количестве трех штук для передачи вертикальной и четырех - горизонтальной нагрузки.
Перед испытаниями стеновые панели оснащали необходимыми приборами, аппаратурой и приспособлениями. Горизонтальные и вертикальные перемещения панелей измеряли в середине пролета и на опорах прогибомерами Максимова с ценой деления 0,01 см, продольные деформации в средней части пролета панелей на уровне арматуры - индикаторами с ценой деления 0,001 мм на базе 100 см, а также взаимные смещения слоев по торцам панелей. На каждом этапе нагружения показания приборов снимали дважды: сначала после подъема горизонтальной нагрузки, а затем - вертикальной. Раскрытие трещин измеряли микроскопом с 24-кратным увеличением и ценой деления 0,5 мм.
Панели в обоих направлениях нагружали ступенями, составляющими 7-10% ожидаемой разрушающей нагрузки. Нулевой этап соответствует нагрузке от собственного веса панели и распределительных устройств. Незадолго до появления трещин и перед разрушением размер этапов уменьшали вдвое для более точной фиксации нагрузки трещинообразования и разрушения.
Трехслойная панель чердачного перекрытия для жилых зданий испытана в горизонтальном положении при свободном опирании по четырем сторонам на шаровые опоры в соответствии с принятой в ГОСТ 8829-85 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Методы испытаний нагружением и оценка прочности, жесткости и трещиностойкости» схемой испытания. Нагрузку создавали с помощью тарированных 20-килограммовых чугунных гирь и передавали на панель через деревянные площадки, что обеспечивало ее равномерное распределение по всей поверхности (рис. 7.3, в).
Перед испытаниями определены прочностные и деформативные характеристики бетонов слоев и арматуры (табл. 7.2). Прочность бетонов слоев и армирование изготовленных конструкций в основном соответствовали проектным. В отдельных случаях из-за отсутствия необходимой арматуры или по законам моделирования опытные конструкции армированы с отступлением от проекта: в панелях животноводческих зданий сетки выполнены из проволоки класса Вр-1 диаметром 4 вместо 5 мм, а каркасы - из арматуры класса A-III диаметром 12 вместо 8 мм; в мрделях панелей ленточной разрезки для стен холодильников продольная рабочая арматура выполнена из стержней класса A III диаметром 8 вместо 12 мм, а поперечная - из проволоки класса Вр-I диаметром 3 вместо 5 мм. С учетом расчетных сопротивлений и диаметра стержней произведена эквивалентная замена по усилиям в арматуре.
Основные результаты испытаний опытных трехслойных конструкций с теплоизоляционным слоем из полистиролбетона приведены в табл. 7.3. Здесь же дана их оценка по прочности, жесткости и трещиностойкости в соответствии с действующими нормативными документами.
Большинство опытных конструкций было испытано до разрушения. Некоторые конструкции испытывали до нагрузок, близких к разрушающим, в основном по причине предотвращения хрупкого разрушения в приопорных зонах по наклонному сечению при дальнейшем увеличении нагрузки после достижения рабочей арматурой предела текучести и из-за достижения арматурой, не имеющей площадки текучести, временного сопротивления разрыву. Все испытанные на косой изгиб стеновые панели и их модели разрушались в средней части пролета вследствие достижения напряжений в рабочей растянутой арматуре предела текучести или превышения условного предела текучести для арматуры, не имеющей площадки текучести. Разрушение сопровождалось значительными горизонтальными перемещениями и резким увеличением ширины раскрытия трещин. Ни в одной из испытанных конструкций вплоть до разрушения трещины по контакту слоев и взаимное их смещение обнаружены не были.
Разрушающие нагрузки при испытаниях всех опытных конструкций оказались близки теоретическим, определенным с учетом фактических прочностных характеристик бетона и арматуры. Полученные значения коэффициента «с», характеризующего соотношение опытных разрушающих нагрузок и расчетных, превышает требуемую величину по ГОСТ 8829-85 даже при наибольших достигнутых при испытаниях нагрузках неразрушенных конструкций (см. табл. 7.3).
Первые нормальные трещины во всех испытанных конструкциях появились после достижения нормативных нагрузок - при нагрузках, незначительно ниже расчетных (ПС-1, ПСЛТ-2, ПСЛШ-1, ПСЛТ-1м, ПСЛТ-2м) либо даже превышающих их (ПП-1, ПСЛТ-1, ПСЛШ-2). В этой связи оценка по раскрытию трещин не требуется - трещиностойкость конструкции обеспечена. По расчету с учетом фактических прочностных и деформативных характеристик бетона и арматуры величины нагрузок образования трещин также превышают нормативные нагрузки. Но в отдельных опытных конструкциях (панель ПС-1 и модели ПСЛТ-1м, ПСЛТ-2м) фактическая прочность на растяжение бетонов наружных слоев оказалась выше проектной. В этой связи, очевидно, в реальных конструкциях трещины могут образовываться при нагрузках меньше нормативных. При проектных характеристиках материалов для панели ПС-1 теоретическая величина нагрузки трещинообразования на 14,7% ниже нормативной. Однако ширина раскрытия трещин при этом 170 расчету составляет 0,2 мм и не превышает допустимых величин. По результатам испытаний моделей во избежание существенного раскрытия трещин при нормативной нагрузке для наиболее нагруженных панелей нижнего ряда плодоовощехранилиш предусмотрено в реальных конструкциях увеличение толщины наружного ограждающего слоя от 5 до 6,5 см.
При анализе экспериментальных результатов установлено, что в отдельных случаях нагрузка трещинообразования оказывается меньше теоретической (панель ленточной разрезки ПСЛТ-1). Основной причиной отмеченной разницы является наличие в сечснии, где образовывалась первая трещина, поперечной арматуры, уменьшающей его площадь и создающей начальные напряжения растяжения в бетоне при усадке а возможно, и микротрещины на части сечения бетона. Подтверждением этому служит более позднее образование трещин в сечениях без поперечной арматуры (при нагрузках близких, к расчетным). Отрицательное влияние поперечной арматуры на нагрузку образования трещин отмечалось исследователями и раньше, однако это влияние не было столь значительным, как в нашем случае при сравнительно тонких наружных слоях. В целом же ввиду появления трещин после достижения нормативных нагрузок выявленные отличия не влияют на эксплуатационные качества конструкций.
Для всех испытанных конструкций (за исключением моделей) на всем диапазоне нагружения не было отмечено появление наклонных трещин. Это подтверждается и расчетом. При испытании моделей панелей ленточной разрезки с теплоизоляционным слоем из полистиролбетона наименьшей прочности (Rb = 0,46 МПа) наклонные трещины в среднем слое образовывались при нагрузке, превышающей нормативную на 28%. Но и в этом случае до конца испытания, когда нагрузка превышала нормативную в 2,58 раза (а расчетную - в 2,07 раза), обеспечивалась совместная монолитная работа сечения в целом без его расслоения.
Фактические прогибы всех панелей при нормативной нагрузке близки теоретическим и существенно меньше предельно допустимых значений, равных 1/200 пролета.
Результаты испытаний опытных трехслойных конструкций с теплоизоляционным слоем из полистиролбетона по жесткости и трещиностойкости свидетельствуют об их высоких эксплуатационных качествах и достаточной надежности.
