|
В России за последнее десятилетие все более широкое распространение получают монолитные конструкции плит с использованием профнастила в качестве внешней арматуры и несъемной опалубки.
На сегодняшний день в качестве рабочей арматуры сталежелезобетонных плит перекрытий рекомендуется применять только два типа профилированных листов Н80А-674-0,9 и Н80А-674-1,0 отечественного производства, которые различаются толщиной стали - 0,9 и 1,0 мм соответственно. Профили этой марки выпускаются с 1980 г. Челябинском заводом стального профилированного настила по ТУ 67-452-82 [1]. По данным испытаний наличие в листах выштамповок и рифов не обеспечивает полную анкеровку настила с бетоном. Одним из важнейших показателей совместной работы является коэффициент сцепления профнастила с бетоном согласно натурным испытаниям и методики расчета по СТО 00-47 [2]. Выше приведенный профилированный лист не может быть рационально использован для возможного диапазона нагрузок и пролетов. В связи с этим были разработаны и проведены экспериментальные исследования новых стальных профилированных настилов СКН 90-1000Z и СКН 157. Цель исследований заключалась в следующим:
- изучение напряженно-деформативной работы плиты;
- определения коэффициента сцепления профнастила с бетоном;
- влияние пролета на значение коэффициента сцепления профнастила с бетоном;
- влияние анкерных упоров на опорах плиты на сцепление настила с бетоном;
ПРОФИЛЛИРОВАННЫЙ НАСТИЛ МАРКИ СКН 90-1000Z
ГК «Стальные конструкции» разработала и испытала совместно с МГСУ (рис.1) СКН 90-1000Z новый стальной профилированный настил не имеющий аналогов в России на основе английского настила Multideck 80- V2.
Рис. 1 Профиль СКН 90-1000Z
Отличие нового настила от иностранного аналога в том ,что на стенках выполнена зигзагообразная выштамповка под углом 45° глубиной 2,5-3 мм по всей длине (рис. 2). Эти профили выполняются из рулонной оцинкованной стали любой степени раскисления, по ГОСТ 380, групп ХП и ПК, с цинковым покрытием первого класса с двух сторон, по ГОСТ 14918. Ширина заготовки для стандартных листовых профилей принята от 1400 при ее толщине от 0,55 до 1,2 мм, что обусловлено технологическими возможностями профилегибочных станов, используемых большинством отечественных производителей.
Рис. 2 Общий вид профнастила СКН 90-1000Z с зигзагообразной выштамповкой и анкерными упорами “Hilti”
Для изучения действительной работы и оценки эффективности сцепления профилей СКН 90-1000Z с бетоном в ГК «Стальные конструкции» были проведены натурные испытания серии образцов плит.
Все образцы делились на три группы:
- однопролетные с пролетом 3 м;
- однопролетные с пролетом 6 м;
- неразрезные трехпролетные с пролетом 4 м;
Каждый из образцов имел ширину 2000 мм, общую толщину 150 мм с бетону. Образцы состояли из профиля СКН 90-1000-1,0Z из стали t=1.0 мм уложенного на него бетона с плотностью 2250 кг/м2. Противоусадочная арматурная сетка 5В500 с ячейками 100х100 мм установлена на бетонные сухари h=25 мм. Анкерные упоры «Hilti» высотой 125 мм расположены в каждой волне на опорах и закреплены дюбелями.
Призменная прочность бетона в образцах — 370 кгс/кв. см, предел текучести стали профиля - 2 300 кг/кв. см.
Новый профиль СКН 90-1000Z предназначен для внешнего армирования монолитных железобетонных плит, а также служит в качестве оставляемой опалубки.
Образцы испытывались равномерно распределенной нагрузкой, создаваемой с помощью одинаковых стальных листов массой 70 кг каждый и различными замеренными грузами. Нагрузка увеличивалась постепенно на 25-50 кгс/м2, после каждой ступени измерялись прогибы; смещение относительно бетона профнастила индикаторами часового типа с точностью 0,01 мм; относительные деформации профнастила в середине пролета. Нагрузка увеличивалась до потери несущей способности плиты.
При анализе результатов испытаний однопролетной 3-х м расчетной схемы (см. рис. 4 и 5) было установлено, что при допустимом прогибе L/150 f = 20 мм нагрузка составила 2250 кг/м2. Также зафиксировано отрицательное смещение на всех торцевых датчиках на 0,2-0,3 мм в диапазоне нагрузок 1200-1300 кг/м2.
По показателям маяков, измеряющих относительное удлинение, в середине пролета в нижней полке установлено, что площадка текучести началась при нагрузке 800 кг/м2, прогиб составил 3 мм.
При сопоставлении теоретических расчетов и натурных испытаний коэффициент сцепления равен γf = 0,8.
Рис. 3 Образец композитной плиты пролетом 3 м при нагрузке 2200 кг/м2
Разрушение плиты произошло при нагрузке без учета собственного веса 2450 кг/м2 в результате потери местной устойчивости верхней полки профнастила.
Обработка результатов испытаний (см. рис. 4 и 5) однопролетных плит с пролетом 6 м показала, что допустимый нормативный прогиб L/150 f = 40 мм произошел при нагрузке 250 кг/м2. После того, как убрали временную опору без приложения нагрузки, плита прогнулась на 12 мм, при этом произошло существенное удлинение профнастила - до 0,3 мм.
До нагрузки 280 кг/м2 смещения бетона относительно профнастила практически не происходило.
Допустимое смещение бетона относительно профнастила 0,5 мм произошло при нагрузке 340 кг/м2.
При сопоставлении данных натурных испытаний по плите пролетом 6 м с теоретическими расчетами коэффициент сцепления составил γf = 0,4.
Результаты испытаний по трехпролетной неразрезной расчетной схеме с пролетом 4 м (см. рис. 4 и 5) показали, что допустимый прогиб на крайнем пролете L/150 f= 26 мм произошел при нагрузке 1300 кг/м2 соответственно без учета собственного веса плиты, на среднем пролете при нагрузке 1500 кг/м2.
При нагрузке 900 кг/м2 в крайнем пролете появилась слабо выраженная площадка текучести в профнастиле при этом прогиб составил 5 мм и в среднем пролете при нагрузке 1180 кг/м2 также появилась слабо выраженная площадка текучести в профнастиле прогиб составил 7,5 мм. Допустимое смещение бетона относительно профнастила 0,5 мм произошло при нагрузке 1200 кг/м2.
Коэффициент сцепления для трехпролетной неразрезной расчетной схеме с пролетом 4 м составил γf = 0,55.
ПРОФИЛЛИРОВАННЫЙ НАСТИЛ МАРКИ СКН 157
Изготовление профилей СКН-157 производится в соответствии с техническими условиями ТУ1122-141-02494680-03[4] из рулонной оцинкованной стали шириной 1600 мм группы ХП или ПК по ГОСТ 14918 (рис. 6). Рулонная сталь для этих профилей может быть следующих марок:08, 08пс, БСт1, БСт2, БСт3, любой степени раскисления, с гарантированным пределом текучести не менее 230 МПа и толщиной от 1,1 до 1,5 мм. Для изготовления профилей СКН-157 допускается применять рулонные стали с повышенными прочностными свойствами (пределом текучести до 350 МПа) при относительном удлинения не менее 20 % или импортные стали, отвечающие требованиям к сталям группы ХП по ГОСТ 14918.
Рис. 6 Профиль СКН 157
В России горячие оцинкованные рулонные стали группы ХП для профилей СКН-157 поставляются Новолипецким и Магнитогорским металлургическими комбинатами. Расчетные размеры поперечного сечения профилей СКН-157 приводятся на рисунке 6. Расчетные геометрические характеристики профилей СКН-157 приводятся в ТУ 1122-141[4].
Благодаря двухступенчатой форме сечения стенок гофров местная устойчивость их плоских участков обеспечена при продольном сжатии в пролете.
Для оценки несущей способности из профилей СКН-157 при поперечном изгибе были выполнены расчеты и проведены испытания натурных образцов настила. Призменная прочность бетона в образцах — 320 кгс/кв. см, расчетное сопротивление стали профиля — 2 300 кг/кв. см.
Образцы в виде одиночного профиля СКН-157 из оцинкованной стали толщиной 1,2 мм испытывались по однопролетной схеме при пролетах 6 м, соответственно, и делились на группы с анкерными упорами и без анкерных упоров. Образец располагался узкими полками профиля вниз и крепился на опорах в каждой волне к стальному элементу шириной 100 мм с помощью самонарезающих винтов. Образцы имели ширину 750 мм, толщину 210 мм, состояли из профиля СКН 157-750-1,2 уложенного на него бетона с плотностью 2250 кг/м2, противоусадочной арматурной сетки 5В500 с ячейками 100х100 мм и анкерных упоров «Hilti» в каждой волне.
Испытательная нагрузка состояла из двух сосредоточенных нагрузок, проложенных в третях пролета. Нагрузка увеличивалась ступенями по 100-120 кг, после приложения которых измерялись прогибы в середине пролета с помощью прогибомера Максимова; смещение относительно бетона профнастила индикаторами часового типа с точностью 0,01 мм;
рис 7. Зависимость прогиба отизгибающей попересной нагрузки
Испытания образца без анкерных упоров показали, что допустимый прогиб (металлическая конструкция) L/200 f= 30 мм произошел при нагрузке 210 кг/м2, допустимый прогиб (если считать профнастил в качестве внешней арматуры) L/150 f= 40 мм произошел при нагрузке 280 кг/м2. Допустимое смещение бетона относительно профнатила (0,5 мм) наступило при нагрузке 75 кг/м2. Из графиков видно ярко выраженную площадку текучести, это свидетельствует о том, что профнастил работает отдельно и сцепление с бетоном минимально.
Образцы с анкерными упорами показали, что допустимый прогиб (металлическая конструкция) L/200 f= 30 мм произошел при нагрузке 260 кг/м2, допустимый прогиб (если считать профнастил в качестве внешней арматуры) L/150 f= 40 мм произошел при нагрузке 365 кг/м2. Допустимое смещение бетона относительно профнаcтила (0,5 мм) наступило при нагрузке 135 кг/м2.
Применение анкерных упоров в составе композитной плиты на 30% увеличивает эффективность работы, несмотря на все это видно, что профнастил марки СКН 157 не эффективно использовать в сталежелезобетонных конструкциях т.к. имеет низкое сцепление с бетоном.
Испытания показали следующее:
- профнастил СКН 90-1000Z в составе композитной плиты эффективно использовать при пролете 4,0 м при этом коэффициент сцепления составляет γf = 0,55;
- при увеличение пролета происходит пропорциональное уменьшение коэффициента сцепления;
- профиль СКН157 эффективно использовать в качестве оставляемой опалубки при нагрузке 260 кг/м2 допустимый прогиб L/200 f= 30 мм;
- использование анкерных упоров в составе плиты на 30% улучшает работу в целом плиты.
Список используемой литературы:
- ТУ 67-452-82. Профили стальные гнутые с трапециевидными гофрами и рифами. - Челябинск: ЧЗПСН, 1982.
- СТО 0047-2005. Перекрытия сталежелезобетонные с монолитной плитой по стальному профилированному настилу. Расчет и проектирование. М.: ЗАО ЦНИИПСК им. Мельникова. 2005г. 64 с.
- Рекомендации по проектированию монолитных железобетонных перекрытий со стальным профилированным настилом. - М.: Стройиздат, 1987.
- ТУ 1122-141-02494680-03. Профили стальные листовые гнутые для настилов покрытий и перекрытий. - М.: ЗАО ЦНИИПСК им. Мельникова, 2003.
|
