FULL-SCALE TESTS OF FLOOR SLABS OF LARGE-PANEL RESIDENTIAL BUILDINGS OF THE 97TH SERIES

Abstract


The authors consider objects of large-panel residential buildings, namely floor slabs, in this study. In view of the fact that the existing design of the slabs was carried out according to the old technical and regulatory documentation to comply with the requirements of modern regulatory documents «StroyPanelKomplekt» proposed new design solutions for the floor slabs of 97 series. The main design features of the slabs after the change in design solutions are: increased cross-sectional area of the working reinforcement (from 6 mm to 8 mm), increased concrete protective layer up to 25 mm. Therefore, before the start of mass production of these slabs, full-scale tests were carried out by «StroyPanelKomplekt» together with the department «Construction production and geotechnics» of PNRPU. The tested slab P3-6-501 is a floor element for large-panel residential buildings of the 97th series. The slab in the building is supported on four sides by internal and external wall panels, concrete design class B15. The design class of the working fittings is A400. During the tests, the indicators necessary for assessing the strength, stiffness and crack resistance, as well as the nature of destruction were controlled, including: the values of the loads causing the controlled limit state; product deflections; crack opening width. To measure the deflections, we used measuring instruments and instruments with a scale division of 0.01 mm, namely, 6PAO deflection meters. To measure the width of the crack opening during the tests, an MPB-2 microscope with a scale of 0.05 mm was used. The test results are presented in this article.

Full Text

Введение Среди существующих технологий возведения жилых зданий наиболее популярными и востребованными являются монолитное и крупнопанельное домостроение [1-4]. В настоящем исследовании авторами рассматриваются объекты крупнопанельного домостроения, а именно плиты перекрытий. Ввиду того что крупнопанельное домостроение базируется на типовых сериях, оно отличается скоростью возведения, высокой степенью индустриализации, хорошим качеством изготавливаемых конструкций. Серия 97 крупнопанельных домов была создана в 70-х гг. прошлого столетия, после этого данная серия несколько раз корректировалась. Поскольку существующее проектное решение по данным плитам было выполнено по старой российской нормативно-технической документации [5] (СНиП 2.03.01-84*), для соблюдения требований современных нормативных документов (СП 63.13330.2012, СТО 36554501-006-2006) предприятием АО «СтройПанельКомплект» были предложены новые проектные решения для плит перекрытий 97-й серии. Основные конструктивные особенности плит после изменения проектных решений: увеличенная площадь сечения рабочей арматуры (с 6 до 8 мм), увеличенный защитный слой бетона до 25 мм. Поэтому перед началом массового изготовления данных плит специалисты предприятия «СтройПанельКомплект» совместно с учеными из Пермского национального исследовательского политехнического университета провели натурные испытания [6]. Армирование плиты П3-6-501 представлено на рис. 1. Рис. 1. Армирование плиты П3-6-501 Fig. 1. Reinforcement of slab PZ-6-501 Методика испытаний Цель испытаний заключалась в оценке показателей прочности, жесткости и трещиностойкости согласно ГОСТ 8829-2018. В результате испытаний были определены фактические значения разрушающих нагрузок при испытании изделий по прочности, фактические значения прогибов и ширины раскрытия трещин, всего было проведено 2 испытания [7, 8]. Характеристики плиты. Испытываемая плита П3-6-501 является элементом перекрытий крупнопанельных жилых домов 97-й серии. Плита в здании опирается по четырем сторонам на внутренние и наружную стеновые панели [9], проектный класс бетона В15. Проектный класс рабочей арматуры - А400 [10]. Класс применяемой рабочей арматуры в плитах перекрытий в 1-м испытании был А500С, во 2-м испытании был применен класс арматуры А400. Фактические прочностные характеристики бетона, а также фактические прочностные и деформационные характеристики арматуры представлены в табл. 1. Средства испытаний и вспомогательные устройства. Для проведения испытаний в качестве грузов использовались бетонные блоки типа ФБС. Перед проведением испытаний была определена их действительная масса [11]. Отклонение массы грузов от расчетных значений составило менее 2 % для каждого этапа нагружения, значения фактических нагрузок представлены в табл. 2. Для измерения деформаций плит перекрытий применялись измерительные приборы и инструменты с ценой деления 0,01 мм (прогибомеры 6ПАО). Для измерения ширины раскрытия трещин использовался микроскоп МПБ-2 с ценой деления 0,05 мм [12]. Схемы расстановки прогибомеров представлены на рис. 2. Таблица 1 Прочностные и деформационные характеристики бетона и арматуры испытываемых плит перекрытий Table 1 Strength and deformation characteristics of concrete and reinforcement of tested floor slabs Номер испытаний Класс арматурной стали Диаметр по сертификату, мм Фактический диаметр образцов, мм Прочностные характеристики по ГОСТ 34028-2016 Выписки из журнала испытаний арматурной Класс бетона по проекту Средняя в серии прочность на сжатие по протоколу, МПа предел текучести, Н/мм2 временное сопротивление, Н/мм2 относительное удлинение, % средний в серии предел текучести, Н/мм2 среднее в серии временное сопротивление, Н/мм2 относительное удлинение, % 1 А500С 10 9,9 500 600 ≥14 572,5 722,5 22,0 В15 21,6 8 8,0 612,5 790 27,5 6 6 647,5 760 25,0 2 А400 10 10,0 390 590 475 782,5 22,0 В15 18,7 8 8,2 412,5 655 33,7 6 6,1 497,5 727,5 26,7 Таблица 2 Значения фактических нагрузок при испытаниях плит перекрытий Table 2 Values of actual loads when testing floor slabs Этапы нагружения Фактические нагрузки, кг Контролируемый параметр Величина контролируемого параметра, мм № 1 № 2 1 1285 1245 2 2535 2480 3 3720 3715 4 4890 4950 Прогиб 20 5 6185 6185 6 7435 7430 Ширина раскрытия трещин 0,25 7 8680 8665 8 9925 9910 9 11 145 11 125 10 12 400 12 360 11 13 635 13 580 1-й случай разрушения 12 14 855 14 820 13 16 090 16 060 14 17 325 17 300 15 18 520 18 520 2-й случай разрушения 16 20 340 20 960 17 22 190 23 400 18 24 020 25 855 19 25 875 28 420 20 28 390 - а б Рис. 2. Схема расстановки прогибомеров: а, б - испытания № 1, 2 соответственно; П1-П9 - прогибомеры 6ПАО Fig. 2. Schema of deflection meters: a, b - tests No. 1, 2, respectively; P1-P9 - deflection meters 6PAO Методика проведения испытаний. Основные положения для проведения испытаний были приняты по ГОСТ 8829-2018. Стенд для испытания был выполнен из бетонных блоков. По трем сторонам плиты перекрытий были установлены шарнирные подвижные шаровые опоры, а посередине трех сторон - шарнирные подвижные линейные опоры, две из которых, расположенные на противоположных сторонах, допускают поворот в одном направлении, а третья, расположенная на примыкающей стороне - поворот в противоположном направлении, схема стенда представлена на рис. 3 [13, 14]. Рис. 3. Схема испытательного стенда (грузы пронумерованы в порядке установки на испытываемое изделие) Fig. 3. Test bench layout (weights are numbered in the order of installation on the tested product) При испытаниях контролировались показатели, необходимые для оценки прочности, жесткости и трещиностойкости, а также характер разрушения, в том числе: значения нагрузок, вызывающих контролируемое предельное состояние; прогибы изделия; ширины раскрытия трещин. Значения нагрузок в процессе испытаний регистрировались по массе штучных грузов, используемых для нагружения (см. табл. 2). Нагрузка прикладывалась поэтапно ступенями. После приложения каждой ступени нагрузки испытываемое изделие выдерживалось под нагрузкой не менее 10 мин. Согласно ГОСТ 8829-2018, ширину раскрытия трещин необходимо измерять на уровне рабочей арматуры. В ходе проведения испытаний ширина раскрытия трещин измерялась в уровне нижней поверхности плиты, что позволяет оценивать трещиностойкость плиты с дополнительным запасом. После завершения нагружения (15 ступеней) было принято решение: при испытании № 1 количество этапов нагружения увеличить до 20, при испытании № 2 - до 19, общий вид стенда до и после проведения испытаний представлено на рис. 4. Дополнительные этапы нагружения проводились без выдержки. Рис. 4. Общий вид стенда на последнем этапе нагружения Fig. 4. General view of the test bench at the last stage of loading Результаты проведения испытаний В ходе проведения испытания № 1 на плиту перекрытий была передана нагрузка 28,39 т. Признаков разрушения конструкции зафиксировано не было. При испытании № 2 на плиту перекрытия была передана нагрузка 28,42 т, разрушение наступило при нагрузке 25,855 т. Основные результаты сведены в табл. 3. Таблица 3 Основные результаты испытаний Table 3 Main test results Номер испытаний Образование первых трещин на нижней поверхности, при нагрузке, кг Появление трещин под углами плиты - отрыв от опор, при нагрузке, кг Максимальная ширина раскрытия трещин, мм 1 14 855 (12-й этап) 20 340 (16-й этап) 0,2 (15-й этап) 2 9910 (8-й этап) 11 125 (9-й этап) 0,3 (14-й этап) Фиксация и замер ширины раскрытия трещин производился для первого испытания до 15-го этапа включительно, для второго испытания - до 14-го этапа. Схема расположения трещин для испытаний представлена на рис. 5. а б Рис. 5. Схема расположения трещин на нижней поверхности плиты: а, б - испытания № 1, 2 соответственно Fig. 5. The layout of cracks on the bottom of the slab: a, b - tests No. 1, 2, respectively Оценка прочностных характеристик плит перекрытий. По результатам испытания № 1 плита перекрытий П3-6-501 не была доведена до разрушения. Нагрузка, переданная на плиту П3-6-501 на последнем этапе нагружения, составила 28,39 т (Ptest > 28,39 т). По результатам испытания № 2 разрушающая нагрузка на плиту перекрытий П3-6-501 составила Ptest = 25,855 т. Разрушение наступило вследствие текучести стали растянутой арматуры в нормальном сечении, сопровождающейся раскрытием трещин в бетоне на 1,5 мм. Для оценки прочности необходимо выполнение условия (1) Согласно ГОСТ 8829-2018 значение контрольной нагрузки Pcont = 13,244 т. Тогда для испытания № 1 6,88 т - собственный вес плиты в пределах расчетного пролета. Для испытания № 2 В соответствии с критерием (1) при испытаниях № 1, 2 плиты перекрытий признаются удовлетворяющими требованиям по прочности. Дополнительно для оценки прочности плит перекрытий выполнен расчет коэффициента С согласно табл. Б1 ГОСТ 8829-2018. Нормируемый коэффициент С для испытаний № 1, 2 составляет 1,3. При испытании № 1 плита перекрытий не была доведена до разрушающей нагрузки, для расчета коэффициента С примем максимальную нагрузку 28,39 т, таким образом, фактическое значение коэффициента С1 = (28,39 + 6,88)/15,479 = 2,28. Для испытания № 2, при разрушающей нагрузке 25,855 т, фактическое значение коэффициента С2 = (25,855 + 6,88)/15,479 = 2,11, где 15,479 т - расчетная нагрузка с учетом собственного веса плиты. Согласно [15] превышение нормируемого значения коэффициента С при испытании опытных образцов железобетонных конструкций свидетельствует об излишних запасах, заложенных при проектировании. Оценка жесткостных характеристик плит перекрытий. По результатам испытания № 1 стрела прогиба плиты перекрытий составила 2,22 мм при передаче нагрузки 18,52 т. По результатам испытания № 2 стрела прогиба плиты перекрытий составила 4,73 мм при передаче нагрузки 17,3 т. Предельная величина прогиба плиты перекрытий пролетом l = 5610 мм в соответствии с СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия» fult = l/193,5 = 29 мм. Таким образом, прогибы, зафиксированные при двух испытаниях, не превышают предельной величины. Зависимость стрелы прогиба от этапов нагружения отражена на графиках (рис. 6). Рис. 6. Зависимость стрелы прогиба плиты от этапов нагружения Fig. 6. Dependence of the slab deflection on the loading stages Для оценки эксплуатационной пригодности (жесткости) необходимо выполнение условия (2) При контрольной нагрузке (4-й этап нагружения) значение прогиба для испытания № 1 составляет ftest = 0,3 мм, для испытания № 2 ftest = 0,45 мм (контролируемый параметр 20 мм). Тогда для испытания № 1 . Для испытания № 2 В соответствии с критерием (2) при испытаниях № 1, 2 плиты перекрытий признаются удовлетворяющими требованиям по эксплуатационной пригодности (жесткости). Оценка трещиностойкости плит перекрытий. По результатам испытания № 1 первые волосяные трещины на плите перекрытий образовались при нагрузке 14,855 т. Наибольшая ширина раскрытия трещин, равная acrc = 0,2 мм, была зафиксирована при нагрузке 18,52 т. По результатам испытания № 2 первые волосяные трещины на плите перекрытий образовались при нагрузке 9,91 т. Наибольшая ширина раскрытия трещин, равная acrc = 0,3 мм, была зафиксирована при нагрузке 17,3 т. Для оценки эксплуатационной пригодности (трещиностойкости) необходимо выполнение условия (3) Согласно ГОСТ 8829-2018, αcont = 0,25 мм, при контрольной нагрузке (6-й этап нагружения) ширина раскрытия трещин для испытания № 1 αtest = 0,00 мм, для испытания № 2 αtest = 0,00 мм. Тогда для испытания № 1 Для испытания № 2 В соответствии с критерием (3) при испытаниях № 1, 2 плиты перекрытий признаются удовлетворяющими требованиям по эксплуатационной пригодности (трещиностойкости). Выводы По результатам проведенных испытаний нагружением плит перекрытий П3-6-501 сделаны следующие выводы: 1. Плиты перекрытий при испытаниях № 1, 2 признаются удовлетворяющими требованиям по прочности, жесткости и трещиностойкости. 2. Повышенные показатели прочности, жесткости и трещиностойкости при испытаниях № 1, 2 обусловлены излишними запасами при проектировании конструкций плит перекрытий. 3. Более высокие показатели прочности, жесткости и трещиностойкости демонстрирует плита перекрытий при испытании № 1 с использованием рабочей арматуры класса А500С [16-18].

About the authors

A. B Ponomarev

Perm National Research Polytechnic University

D. A Tat'yannikov

Perm National Research Polytechnic University

S. A Sazonova

Perm National Research Polytechnic University

V. P Suetin

АО “StroyPanelKomplekt”

References

  1. Евсеева Е.И. Современные проблемы развития жилищного строительства в России // Приволжский научный вестник. - 2015. - № 6-2. - С. 16-18.
  2. Селютина Л.Г., Купоносова Ю.Н. Решение жилищной проблемы в России на основе модернизации крупнопанельного домостроения // Приволжский научный вестник. - 2016. - № 5. - С. 111-113.
  3. Демкин Н.И., Южаков С.Н., Батыршин А.А. Опыт модернизации крупнопанельных жилых домов с наружной однослойной газобетонной стеной // Жилищное строительство. - 2015. - № 5. - С. 46-51.
  4. Раевская А.А., Быков А.О., Платицына А.И. Энергоэффективность жилых зданий серии 111-97 // Современные технологии: актуальные вопросы, достижения и инновации: сб. ст. победителей VII Междунар. науч.-практ. конф. - 2017. - С. 59-62.
  5. Рыжков Д.С., Татьянников Д.А. Актуальность применения композитных материалов при усилении несущих конструкций // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. - 2020. - № 2. - С. 54-60.
  6. Nquyen T.T., Tan K.H., Burgess I.W. Behaviour of composite slab-beam systems elevated temperatures: Experimental and numerical investigation // Engineering Structures. - 2015. - № 82. - P. 199-213.
  7. Результаты испытания нагружением сборно-монолитного перекрытия, опертого на несущие стены многоэтажного здания / С.В. Басаков, А.И. Мордич, А.А. Карякин, С.А. Сонин, И.С. Дербенцев, П.В. Попп // Промышленное и гражданское строительство. - 2018. - № 2. - С. 35-42.
  8. Натурные испытания многопустотной плиты с фибролитовыми пустотообразователями / Д.Н. Сурсанов, С.А. Сазонова, А.Б. Пономарев, А.В. Лысков // Жилищное строительство. - 2014. - № 10. - С. 27-32.
  9. Зулпуев А.М., Бактыгунов К. Расчет на прочность сборных железобетонных плит перекрытий, опертых по контуру // Территория науки. - 2016. - № 1. - С. 63-68.
  10. Experimental and Numerical Assessment of Flexural and Shear Behavior of Precast Prestressed Deep Hollow-Core Slabs / E. Michelini, P. Bernardi, R. Cerioni, B. Belletti // International Journal of Concrete Structures and Materials. - 2020. - № 14 (1). - 31.
  11. Сурсанов Д.Н., Сазонова С.А., Пономарев А.Б. Анализ результатов натурных испытаний шпоночного соединения на срез // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2015. - № 2. - С. 7-23.
  12. Сопегин Г.В., Сурсанов Д.Н., Пономарев А.Б. Анализ результатов натурных испытаний стеновых панелей на осевое сжатие // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. - 2016. - № 4 (24). - С. 114-127.
  13. Грановский А.В. Чупанов М.Р. Экспериментальные исследования несущей способности плит перекрытий кессонного типа // Промышленное и гражданское строительство. - 2015. - № 5. - С. 436-48.
  14. Pujol S., Muttoni A., Ruiz M.F. Reinforced concrete slab shear prediction competition: entries and discussion // ACI Strucrural Journal. - 2010. - T. 107, № 2. - С. 249-251.
  15. Рекомендации по оценке прочности, жесткости и трещиностойкости опытных образцов железобетонных конструкций. - М., НИИЖБ Госстроя СССР, 1987. - С. 36.
  16. Экспериментальные исследования несущей способности нормальных сечения железобетонных изгибаемых элементов с арматурой класса А600 / Ю.Б. Потапов, Ю.Ф. Рагатнев, Д.В. Памфилов, М.М. Джавид // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2015. - № 2 (38). - С. 26-33.
  17. Experimental study of the bearing capacity of normal sections of reinforced concrete flexural members with steel bar A600 / Yu.B. Potapov, Yu.E. Rogatnev, D.V. Panfilov, M.M. Jawid // Scientific Heard of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. - 2015. - № 4 (28). - С. 16-24.
  18. Test on the anchoring components of steel shear keys in precast shear walls / S.-D. Shen, P. Pan, W. Li, Q. Miao, R. Gong // Smart Structures and Systems. - 2019. - № 24 (6). - С. 783-791.

Statistics

Views

Abstract - 7

PDF (Russian) - 6

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2020 Ponomarev A.B., Tat'yannikov D.A., Sazonova S.A., Suetin V.P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies