2020-05-21
140
Усиление конструкций сквозными шпильками может применяться как отдельно, так и при необходимости, в комбинации с другими типами усиления: устройство обойм, воротников, капителей и др.
Усиление плит перекрытий на продавливание выполняется в следующей последовательности:
1. Разгрузить плиту перекрытия, сняв всю временную нагрузку в пролетах, примыкающих к узлам усиления.
2. Установить временные страховочные стойки под плиту перекрытия вблизи узлов усиления «колонна-плита».
3. Разметить проектное положение отверстий, в случае их наложения на арматуру сместить отверстия в сторону не более чем на 20 мм. Повреждение верхней арматуры плиты не допускается.
4. Отверстия в плитах выполнять алмазным сверлением. Затем выровнять поверхности плиты в местах установки шпилек, для обеспечения плотного контакта между поверхностью бетона и анкерной пластиной. Наживить на один конец шпильки гайку с шайбами.
Установить сборку в отверстие так, чтобы гайка с шайбой были с нижней поверхности. Плотно прижав шайбу с нижней поверхности плиты перекрытия, заполнять отверстия составом, обеспечивающим защиту арматуры усиления от коррозии. Заполнение отверстия производить с верхней поверхности плиты с тщательной зачеканкой по всей высоте. Затем наживить гайку с верхнего конца шпильки.
5. Выполнить затяжку гаек. Затяжку выполнять динамометрическим ключом с расчётным моментом затяжки.
6. Через 24…48 часов выполнить подтяжку шпилек. Установить контргайки.
7. Обеспечить огнезащиту элементов арматуры усиления.
Выводы по главе 3
В результате численного исследования в условиях продавливания сосредоточенной силой плоских плит, усиленных поперечной арматурой в виде сквозных шпилек с анкерными шайбами на концах, были сделаны следующие выводы:
1. Коэффициент поперечного армирования существенно влияет на прочность плиты. При этом с увеличением коэффициента поперечного армирования повышается как несущая способность образца на продавливание, так и его деформативность в предельной стадии. Максимальное увеличение несущей способности плит с усилением составило 89% относительно плит без поперечной арматуры.
2. Предварительное напряжение поперечных стержней не сказывается существенным образом на несущей способности и жесткости при продавливании.
3. Повышение предела текучести арматуры усиления при сохранении постоянного вклада поперечной арматуры в несущую способность (за счёт корректировки площади поперечного армирования) не влияет на прочность и деформативность плит образцов при продавливании. Таким образом, установлена возможность применения в качестве усиления арматуры с пределом текучести до 745 МПа.
4. Прочность образцов с увеличением шага постановки поперечных стержней снижается. Влияние шага на несущую способность носит нелинейный характер. Усиление с помощью поперечной арматуры эффективно при постановке стержней с шагом 0,3∙ h 0 ≤ s ≤ 0,75∙ h 0. До подтверждения на натурных лабораторных испытаниях первый ряд арматуры располагать в зоне от 0,3∙ h 0 до 0,5∙ h 0, а шаг поперечной арматуры усиления в радиальном направлении принимать не больше 0,75∙ h 0.
5. На основании результатов, полученных в ходе численного эксперимента, были разработаны рекомендации по расчёту и конструированию усиления плит сквозными шпильками, а также рекомендации по технологии производства работ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты диссертационной работы позволяют подвести следующие итоги:
1. Проведённый в диссертации обзор методов усиления железобетонных плит на продавливание показал, что наиболее эффективным в конструктивном отношении и рациональным, с точки зрения затрат времени и материальных ресурсов, является метод усиления путём постановки поперечной арматуры.
2. Поперечная арматура усиления, установленная в сквозные отверстия в опорной зоне плиты и имеющая надёжную анкеровку по концам, значительно повышает сопротивление плит продавливанию и пластичность их работы.
3. Численными исследованиями установлено, что конструктивные требования для расположения поперечной арматуры, а также ограничения по прочности стали, для случая усиленных плит являются консервативными и могут быть скорректированы.
4. Проведенные сопоставления результатов численного моделирования с натурными испытаниями показали, что конечно-элементная модель с использованием модели поведения бетона с псевдо-пластическими деформациями в сочетании с критерием прочности бетона для многоосного напряженного состояния хорошо согласуется с данными экспериментов и может быть использована для проведения численных исследований.
5. Численные исследования, проведенные на разработанной конечно-элементной модели, показали:
– увеличение количества поперечного армирования приводит к повышению несущей способности плит на продавливание, даже при относительно небольшом количестве поперечной арматуры, однако при коэффициенте поперечного армирования m sw > 0,43% меняется механизм разрушения плиты при продавливании и дальнейшее увеличение количества поперечной арматуры к повышению несущей способности не приводит;
– предварительное напряжение арматуры усиления способствует надёжному включению её в работу, но не приводит в итоге к существенному повышению прочности плиты, поэтому его не стоит учитывать в расчёте;
– повышение предела текучести арматуры усиления при сохранении постоянного вклада поперечной арматуры в несущую способность не влияет на прочность и деформативность плит образцов при продавливании, поэтому в качестве арматуры усиления возможно применение высокопрочных сталей с пределом текучести до 640 МПа;
– с увеличением шага постановки поперечных стержней прочность на продавливание снижается. Усиление с помощью поперечной арматуры эффективно при постановке стержней с шагом 0,3∙ h 0 до 0,75∙ h 0.
6. Выполненные теоретические исследования позволили разработать рекомендации по расчёту и конструированию усиления плит сквозными шпильками, а также рекомендации по технологии производства работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Батте К.Ю., Вильсон Е.Д. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982.
2. Болгов А.Н. Работа узлов сопряжения колонн из высокопрочного бетона с перекрытием в монолитных зданиях с рамно-связевой системой // Дисс. на соиск. уч.ст. канд. техн.наук.: М. 2005.
3. Бургман В.В, Фишерова М.Ф. Перекрытие многоэтажных промышленных зданий, возводимых методом подъёма этажей // Бетон и железобетон: М.: 1972 г. – №6. – С. 9-11.
4. Вилков К.И., Рогулев В.И. Сопротивление продавливанию армированных плит из керамзитобетона // Совершенствование методов расчета и исследование новых типов железобетонных конструкций. – 1977: Л. – № 2.
5. Гвоздев А. А. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат, 1978.
6. Дорфман А.Э., Левонин Л.Н. Проектирование безбалочных бескапительных перекрытий. – М.: Стройздат, 1975. – 124 с.
7. Залесов А.С. Сопротивление железобетонных элементов при действии поперечных сил. Теория и новые методы расчета прочности // Дисс. На соиск. уч. ст. докт. техн. наук: М., 1978 г. – 345 с.
8. Иванов А. Расчет прочности плоских плит перекрытий с поперечной арматурой монолитных зданий на продавливание // Известия вузов. Строительство и архитектура. – 2003. – С. 206-210.
9. Иванов А., Залесов А.С. Расчет прочности плоских плит перекрытий без поперечной арматуры монолитных кракасных зданий на продавливание. // Известия вузов. Строительство и архитектура. – 2003. – С. 200-205.
10. Качановский С.Г. Сопротивление сплошных плит с поперечной арматурой действию концентрированной нагрузки // Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. – М., 1982.
11. Коровин Н.Н., Голосов В. Н. Продавливание свайных ростверков колоннами // Труды НИИЖБ, 1974. – Вып. 10. – С. 25-40.
12. Коровин Н.Н., Ступкин А.В. Продавливание фундаментов колоннами // Труды НИИЖБ, 1974. – Вып. 10. – С. 4-24.
13. Сергиевский А.Д. О расчетах плит на продавливание // Бетон и железобетон». – 1962. – №6.
14. Сокуров А.З. Продавливание плоских железобетонных плит, усиленных поперечной арматурой. // Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. М., 2015. – 155 с.
15. Фишерова М.Ф. Исследование безбалочных бескапителных перекрытий, возводимых методом подъема, для многоэтажных промышленных зданий. // Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. М., 1971. – 138 с.
16. Фишерова М.Ф. Исследование работы на продавливание плоского железобетонноо перекрытия в зоне опирания на колонну // Труды ЦНИИПромзданий. Расчет конструкций промышленных зданий. – М., 1969. – С. 134-144.
17. Хечумов Р.А., Кепплер Х., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. – М.: Издательство АСВ, 1994.
18. Шахназарян С.Ш. Опыт строительства зданий методом подъема этажей и перекрытий в Армянской ССР // Бетон и железобетон. – 1977. – №5. – С. 13-14.
19. Шахназарян С.Ш., Саакян Р.О., Саакян А.С. Возведение зданий методом подъема этажей и перекрытий. – М.: Стройиздат, 1974.
20. Abaqus Documentation. Abaqus Analysis User's manual. Materials. Other plasticity models. Concrete.
21. ACI 318-08. Building Code Requirements for Structural Concrete. Detroit: ACI 318-08, American Concrete Institute, 2008.
22. ACI-ASCE COMMITTEE 421. Shear reinforcement for slabs. American Concrete Institute Report ACI 421.1R–99. 1999.
23. Adetifa B., Polak M.A. Retrofit of Interior Slab Column Connections for Punching using Shear Bolts// ACI Structural Journal – 2005, March April.
24. Adrian Dogariu, Sorin Bordea, Dan Dubina. Steel brace–to– rc frame post–tensioned bolted connection “Politehnica” University of Timisoara, Romania.
25. Andersson J. Punching of Concrete Slabs with Shear Reinforcement // Royal Institute of Technology, Bulletin № 212, pp. 87. – Stokholm, 1963.
26. AndraK HP, Dilger WH, Ghali A. Urchstanzbewehrung fur Flachdecken // Beton–und Stahlbetonbau. – 1979.
27. Baris Binici, Bayrak O. Use of Fiber Reinforced Polymers in Slab–Column Connection Upgrades. "ACI Structural Journal", 102, (2005), p.93–102.
28. Bericht uk ber Versuche an punktgestuk tzten Platten bewehrt mit DEHA Doppelkopfbolzen und mit Duk belleisten. Report No. AF 96/6–402/1, Otto–Graf– Institut, Universitakt–Stuttgart, DEHA 1996.
29. Corley W.G., Hawkins N.M. Shearhead Reinforcement for Slabs // Jornal of ACI. — 1968. — №10. — 811–834.
30. Dilger W.H., Ghali A. Shear reinforcement for concrete slabs // ASCE Journal of the Structural Division. — 1981.
31. Durchstanzversuche an Stahlbetonplatten mit RippenduK beln und vorgefertigten GrossflaKchentafeln. Report No. 21–21634, Otto–Graf–Institut, University of Stuttgart, July 1996.
32. Ebead U., Marzouk H. Strengthening of two–way slabs using steel plates. Struct J, ACI 2002;99(1):23–31.
33. El–Salakawy E.F., Polak M.A., Soliman M.H. Reinforced Concrete Slab–Column Edge Connections with Shear Studs. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 27, pp. 338–348. (2000).
34. El–Salakawy, E.F., Polak, M.A., Soudiki K.A. New Shear Strengthening Technique for Concrete Slab–Column Connections // ACI Structural Journal – 2003 Vol. 100, No.3, pp. 297–304.
35. Elstner R.C., Hognestad E. An Investigation of Reinforced Concrete Slabs Failing in Shear. // Report Universiti of Illisions, Department of Theoretical and Applied Mechanics, № 3,. — 1953.
36. Elstner R.C., Hognestad E. Shearing strength of reinforced concrete slabs. ACI Journal // ACI Journal. — 1956 г.. — 28. — 1.
37. Elstner R.С., Hognestad Е. Shearing Strength of Reinforced Concrete Slabs // ACI Journal, Vol.1. — July 1956. — pp. 29–58.
38. EN 1992–1–1:2004. Eurocode 2 Design of concrete structures, part 1–1: General rules and rules for buildings., 2004.
39. Farhey DN., Adin MA., Yankelevsy DZ. Repaired RC flat slab–column connection subassemblages under lateral loading. J Struct Eng, ASCE 1995;121(11):1710–20.
40. Fernández Ruiz M., Muttoni A. Punching shear strength of reinforced concrete slabs with transverse reinforcement, ACI Structural Journal, Farmington Hills, Mich., Vol. 106, No. 4, 2009, pp. 485–494.
41. Fernández Ruiz M., Muttoni A., Kunz J. Enhanced safety with post–installed punching shear reinforcement // Tailor Made Concrete Structures – Walraven & Stoelhorst (eds), 2008, Taylor & Francis Group, London, ISBN 978–0–415–47535–8.
42. Franz G. Versuche an Stahlbetonkorper der Flachdecke im Stiitzenbereich–Versuchsreihen I en // Institut fur Beton– und Stahlbetonbau, 1963 und 1964.
43. Ghali A., Hammill N. Effectiveness of shear reinforcement in slabs // Concrete International. — 1992.
44. Ghali A., Sargious M. A., Huizer A. Vertical Prestressing of Flat Plates Around Columns. Shear in Reinforced Concrete (Volume 2), ACI Publication SP–42, pp. 905–920. 1974.
45. Grow I.B. Vanderbilt M.D. Shear Strength of Prestressed Lighweight Aggrigate Concrete Flat Plates // Journal of ACI, vol. 12, № 4. — 1967.
46. Hassanzadeh G., Sundqvist H. Strengthening of bridge slabs on columns, Nordic Concrete Research 1/1998, 1998. No. 21.
47. Hawkins N.M., Mitchell D. Progressive collapse of flat plate structures // ACI Structural Journal. — 1979.
48. Hawkins N.M., Mitchell D. Progressive collapse of flat plate structures // ACI Structural Journal 1979: 76(7): 775d808.
49. Herzog M. Der Durchstandswiderstand von Stahlbetonplatten nach neu ausgewerteten // Ostereichische Ingenieurzeitschrift, Vol. 14, 1971.
50. HILTI–AG. Fastening and Protection Systems Feldkircherstr. 100, FL–9494, Schaan. Design Method for Post–Installed Punching Shear Reinforcement with Hilti Tension Anchors HZA, issued 2009–06–25, 2/12 p.
51. Hognestad E., Elstner R.S., Hanson I.A. Shearing Strength of Reiforced Structural Lighweit Aggregate Concrete Slabs // Journal of ACI, vol 61, № 6, p.643–662. — 1964.
52. Inácio Duarte, António M. P. Ramos and Válter J. G. Lúcio. Strengthening of flat slabs with transverse reinforcement. UNIC – Research Center in Structures and Construction of UNL. Porto. 2008.
53. Ivey C.B., Ivey D.L., Bush E. Shear Capaciti of Lightweigt Concrete Flat Slabs // Journal of ACI, vol.66, № 6, p. 490–498. — 1969.
54. Kordina K., No1ting D. Shear capacity of reinforced concrete s1abs subjected to punching // Deutscher Ausschuss fur Stahlbeton, Nr. 371. — Berlin, 1986.
55. Langohr F., Ghali A., Diliger W.H. Special Shear Reiforcement for Concrete Flat Plates // Journal of ACI, vol. 73, № 3, 54–64. — 1976.
56. Lawler Nicholas David. Punching Shear Retrofit of Concrete Slab–Column Connections with GFRP Shear Bolts. PhD Thesis, Department of Civil and Envionmental Engineering, University of Waterloo, Waterloo: University of Waterloo, 2008.
57. Lips S. and Muttoni A. Experimental investigation of reinforced concrete slabs with punching shear reinforcement.
58. Martines–Cruzoda JA., Qaisrani AN., Moehle JP. Post–tensioned flat plate slab–column connections subjected to earthquake loading. in: Proceedings, fifth U.S. national conference on earthquake engineering, vol. 2. 1994. p. 139–48.
59. Megally S., Ghali A. Seismic Behaviour of Slab–Column Connections. Canadian Journal of Civil Engineering,.Vol. 27, pp. 84–100. 2000г.
60. Moe J. Shearing Strength of Reinforced Concrete Slabs and Footings Under Concentraited Loads // Portland Cement Association, Development Depertment Bulletin D47, 1961.
61. Mowrer R.D., Vanderbilt M.D. Shear Strength of Lightweight Aggregate Reiforced Concrete Flat Plates // Journal of ACI, vol. 67, № 6, p.722–739. — 1967.
62. Muttoni, A., Fernández Ruiz, M. Performance and design of punching// 3rd fib International Congress – 2010.
63. Nielsen M.P. Limit analisys and concrete plasticity”, CPC Press, Taylor&Francis Group, LLC, 2011.
64. Norlting D. Das Durchstanzen von Platten aus Stahlbeton –Tragverhalten, Berechnung, Bemessung. Bulletin No. 62. Braunschweig: Institut fur Baustoffe.
65. Petcu V., Stanculescu G., Pancaldi U. Punching strength predictions for two–way reinforced // Revue Romaine des Sciences Techniques: serie de la mechanique applique, No2, Rumania, March/April 1979.
66. Regan P.E. Punching test of slabs with shear reinforcement // University of Westminister. — London: November 1996.
67. Regan P.E. Single legged stirrups as shear reinforcement in reinforced concrete flat slabs // Structures Research Group. — Polytecnic of Central London, 1980.
68. Regan Р.E. Double headed studs as shear reinforcementetests of slabs and anchorages // University of Westminster. — London: August 1996.
69. Rosenthal J. Experimental Investigation of Flat Plate Floors // Journal of ACI, vol. 56, № 2, p. 153–166. — 1959.
70. Scordelis A.C., Lin T.Y., May H.R. Shearing Strength of Prestressed Lift Slabs // Jornal of ACI, vol. 56, № 2б 153–166. — 1959.
71. Seible F., Ghali A., Dilger Y.M. Preassembled shear reinforcing units for flat plates.: // ACI Structural Journal. — 1980. — 77. — 1.
72. SIA 262:2003, Concrete Structure.s Zurich, 2003.
73. Sissakis K., Sheikh SA. Strengthening Concrete Slabs for Punching Shear with Carbon Fiber–Reinforced. ACI STRUCTURAL JOURNAL; VOL 104; NUMB 1; pp. 49–59; 2007.
74. Stark A., Binici B., Bayrak O. Seismic Upgrade of Reinforced Concrete Slab–Column Connections Using Carbon Fiber–Reinforced Polymers // ACI Structural Journal – 2005, Vol. 102, No.2, March–April, pp. 324–333.
75. Van der Voet A.F., Dilger W.H., Ghali A. Concrete flat plates with well–anchored shear reinforcement lements // Canadian Journal of Civil Engineering.
76. Wahalathantri B.L., Thambiratnam D.P., Chan T.H.T., Fawzia S. A material model for flexural crack simulation in reinforced concrete elements using ABAQUS. In Proceedings of the First International Conference on Engineering, Designing and Developing the Built Environment for Sustainable Wellbeing, Queensland Universi.
77. Wensheng Bu. Punching Shear Retrofit Method Using Shear Bolts for Reinforced Concrete Slabs Under Seismic Loading. PhD Thesis, Department of Civil and Envionmental Engineering, University of Waterloo, Waterloo: University of Waterloo, 2008.
[1] Гусейнов, Р.М. Сравнение результатов расчета прочности железобетонных монолитных перекрытий на продавливание по отечественным и зарубежным нормам при различном соотношении сторон колонны / Труды научно-практической конференции Неделя науки – 2016. – М.: МГУПС (МИИТ), 2016. – С.II-8 – II-9.
