Закладные детали
Для крепления стеновых панелей к колоннам каркаса используют различные виды конструкций закладных деталей, предусмотренные проектом. В основном это металлические уголки и пластины с приваренными к ним внахлестку и втавр стержневыми анкерами. Прошедшие экспериментальную проверку конструкции закладных деталей, разработанные в чертежах опытных трехслойных стеновых панелей с теплоизоляционным слоем из полистиролбетона, представлены в табл. 7.5.
Панели горизонтальной разрезки прикрепляют к колоннам каркаса здания преимущественно стержнями, привариваемыми к закладным деталям в виде уголков с анкерами (поз. 1, табл. 7.5). При этом наиболее неблагоприятным воздействием на связи является местное отрицательное давление ветра в углах здания, которое учитывается при расчете креплений элементов о раждения к несущим конструкциям согласно п. 6.6 СНиП 2.01.07.85 «Нагрузки и воздействия» с аэродинамическим коэффициентом С = -2,0 на ширине 1,5 м. Эта нагрузка существенно больше, чем на панели, удаленные от углов здания. Для экспериментальной проверки надежной анкеровки закладных деталей данной конструкции использованы панели ленточной разрезки длиной 6, высотой 1,2 и толщиной 0,25м, предназначенные для эксплуатации при наибольшем значении нормативной ветровой нагрузки 2,5 кН/м (250 кгс/м2).
Испытаны до разрушения четыре закладные детали - по две на каждой опытной панели (рис. 7.6). Для передачи нагрузки к уголку закладной детали приваривали петлю. Нагрузку создавали 5-тонным домкратом, который устанавливали на панель и через шаровую опору опирали в стальную траверсу, связанную тягами с петлей. Другим концом траверсу опирали через каток и стальные подкладки на подегавку из бетонных кубов. Тягу располагали в середине пролета траверсы. При этом передаваемая на петлю нагрузка вдвое превышает усилие на домкрате. Во избежание подъема панели при ее нагружении до начала испытания панель с помощью анкера прижимали к силовому полу. Нагружение осуществлялось этапами, составляющими 5...8% от разрушающей нагрузки. При испытании закладных деталей измеряли их смещение относительно бетона индика орами с ценой деления 0 01 мм и деформации бетона в направлении действующего усилия по обе стороны закладной детали индикаторами с ценой деления 0,001 мм на базе 19 см (равной расстоянию между осями наружных слоев).
Второй и третий типы закладных деталей (поз. 2, 3, табл. 7.5) предназначены соответственно для подвески панелей с ребрами к каркасу и для опирания их на каркас через консоль. Эти закладные детали испытывали на фрагментах высотой 100 и 150 см соответственно для второго и третьего типа, включающих ребро и примыкающую к нему полку шириной 50 см, при сохранении их проектного армирования. Для исключения поворота при загружении фрагменты - левый и правый - объединены сваркой закладных деталей, установленных для этого в ребрах.
При испытании закладных деталей второго типа нагрузку на них создавали с помощью двух 50 тонных домкратов чецез траверсу и тяги, приваренные к закладным деталям через прокладки. При этом домкраты опирали на ребра и наружные слои на удалении от краев образца на расстоянии 25 см через стальные прокладки. При испытании закладных деталей третьего типа образец опирали на консоли, а нагрузку создавали с помощью 50-тонного домкрата. Домкрат упирали в раму, заанкеренную в силовой пол. Нагрузку на траверсу распределяли симметрично на обе половины образца на расстоянии от его краев 30 см. В обоих случаях нагрузку увеличивали этапами, составляющими 5-10% от разрушающей. С помощью индикаторов с ценой деления 0,01 мм измеряли смещение закладных деталей относительно бетона незагруженной части образца в плоскости закладных деталей (от сдвига) и из их плоскости (от изгиба). Для закладных деталей третьего типа измеряли также прогибы консолей в месте передачи на них нагрузки - на расстоянии 15 см от закладной детали.
Схемы и результаты испытаний закчадных деталей всех трех типов представлены в таблице 7.6. Причины разрушения закладных деталей различны. Так, закладные детали первого типа в виде уголков с анкерами разрушались в одном случае из-за отрыва по сварке уголка от анкеров, а в другом - из-за разрыва полистиролбетона среднего слоя панелей с последующим нарушением анкеровки пластин в наружном слое толщиной 5 см и разрывом наружного слоя толщиной 7 см По результатам испытаний выявлено влияние прочности наружных и среднего теплоизоляционного слоев на работу закладных деталей. Полистиролбетон первой панели (R = 0,97 МПа) работал практически упруго до разрушения, второй (R = 0,63 МПа) - лишь до определенной нагрузки, а перед разрушением интенсивность роста деформаций существенно возрастала. При нормативной нагрузке наибольшая величина смещений закладных деталей относительно бетона составляла 0,12 мм, наименьшая - 0,05 мм и не зависела от прочности бетона наружных слоев.
Фактические нагрузки при разрушении закладных деталей первого типа превышают нормативную в 2,67...4,32 раза. При этом меньшие значения относятся к панелям с меньшей по отношению к проектной прочностью полистиролбетона (0,63 вместо 1,0 МПа). Как следует из анализа результатов испытания первой панели, при проектной прочности полистиролбетона разрушения от его разрыва не произойдет. При принимаемом в расчетах на ветровую нагрузку коэффициенте надежности 1,4 наименьшее из полученных значений коэффициента «с», характеризующего превышение разрушающей нагрузки над расчетной, составляет 1,9.
Численный анализ, выполненный для панелей высотой 1,8 м и наибольшей, принятой в проекте для промышленных зданий, ветровой нормативной нагрузке 2,0 кН/м2 (200 кгс/м2) показал, что с увеличением усилия на закладную деталь снизится надежность и по прочности - наименьшее значение коэффициента «с» для полученных при испытаниях результатов составит 1,6. Кроме того, учитывая, что в приопорных зонах панели наряду с усилиями отрыва, передаваемого через закладную деталь, действуют сдвигающие усилия от нагрузки на всю панель, реально значение коэффициента «с» может быть ниже указанных величин. В целях улучшения анкеровки в наружном слое толщиной 5 см конструкция закладной детали усовершенствована заменой пластин поперечными стержнями (см табл. 7.5). Закладные детали второго типа в виде пластин с приваренными к ним втавр и внахлестку анкерными стержнями (см. табл. 7 5) разрушались при достижении предела текучести на растяжение анкерами внахлестку, расположенными в наружном слое (см. табл 7 б) и одновременно предела прочности на растяжение бетона наружного слоя в сечениях с анкерами. В анкерах, приваренных втавр, напряжения были существенно ниже текучести.
При нормативной нагрузке наибольшее смещение закладных деталей от сдвига составляло 0,075 мм. Первые трещины в бетоне у закладной детали образовывались при нагрузке на нее 15680 кгс, что существенно (в 1,98 раза) больше нормативной.
Закладные детали третьего типа для опирания панелей на каркас через консоль (см. табл. 75) разрушались при достижении предела текучести на растяжение арматурой нижнего ряда анкеров втавр и анкеров внахлестку, закрепляющих в бетоне закладные детали со столиком. При разрушении нарушалась анкеровка стержней, приваренных к закладным деталям внахлестку и расположенных в наружном слое что сопровождалось откалыванием защитного слоя бетона вдоль анкеров и над закладной деталью.
При загружении консоли нижняя часть закладной детали, изгибаясь из плоскости из-за податливости нижнего ряда приваренных втавр анкеров, смещается больше, чем в месте прикрепления анкеров. При этом она оказывает боковое давление на бетон через приваренные внахлестку анкера и способствует его раскалыванию. Конструкция данной закладной детали усовершенствована заменой трех анкеров внахлестку диаметром 12 мм, расположенных ниже анкеров втавр, близкими к ним по площади двумя ликерами диаметром 14 мм, расположенными между этими анкерами. Длина закладной детали при этом сокращается на 10 см (см. табл. 7,5). При нормативной нагрузке наибольшее смещение закладных деталей от сдвига составляло 0,09 при прогибе консолей 0,3, а в сумме общее смещение относительно опор - 0,39 мм. Первые трещины образовывались вне зоны закладных деталей в полистиролбетоне при нагрузке на каждый столик 6860 кгс и имели раскрытие до 0,06 мм. При нормативной нагрузке их раскрытие достигало 0,12 мм, что ниже допускаемого нормами (0,2 мм). В зоне стыка трещины образовывались при нагрузке выше нормативной.
Таким образом, узлы панели с закладными деталями для подвески к каркасу и со столиком для опирания на каркас здания имеют достаточный запас по прочности (соответственно с = 3,93 и с = 2 34) и удовлетворяют требованиям норм по трещиностойкости.
