ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И НДС ОГОЛОВКОВ КОЛОНН ПРИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАГРУЖЕНИЯХ

RESEARCH OF THE ISSUE OF CRACK RESISTANCE AND STRESS-STRAIN STATE OF COLUMN HEADS UNDER VERTICAL LOADS

Aidana Kairgaliyeva

master's student, International Educational Corporation,

Kazakhstan, Almaty

Bakyt Aubakirova

scientific adviser. Candidate of Technical Sciences, International Educational Corporation,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена изучению трещиностойкости оголовков железобетонных колонн при вертикальном нагружении. Рассматриваются причины, характер образования и развития трещин в зоне местного сжатия, их влияние на последующую работу конструкций и описывается важность исследований и разработки методики расчета раскрытия трещин для их предотвращения, а также оценки эксплуатационной пригодности оголовков  для существующих железобетонных колонн.

ABSTRACT

The article is devoted to the study of the crack resistance of the heads of reinforced concrete columns under vertical loading. The causes and nature of the formation and development of cracks in the local compression zone, their impact on the subsequent operation of structures are considered and the importance of research and development of methods for calculating crack opening to prevent them, as well as evaluating the operational suitability of the heads for existing reinforced concrete columns is described.

Ключевые слова: нагрузки, НДС, местное сжатие, стыки.

Keywords: loads, stress-strain state, local compression, joints.

В строительстве широко распространен способ опирания стропильных и подстропильных конструкций на железобетонные колонны через стальные грузовые площадки. Такие соединения, так же как и любые стыки строительных конструкций, отвечают за конструкционную безопасность всего здания, т.к. при авариях разрушение несущей системы всегда начинается именно с них. При обследовании технического состояния зданий, часто фиксируется наличие вертикальных трещин в оголовках железобетонных колонн. Колонна, при этом, в течение длительного времени может находиться под статической нагрузкой без разрушения.

Область применения рассматриваемых соединений, в которых нагрузка от вышележащих конструкций передается на относительно небольшой ж.б. элемент (главным образом оголовок колонны), достаточно широка:

- опирание на оголовки колонн стропильных и подстропильных конструкций покрытий промышленных зданий;

- опирание на железобетонные опоры балок мостов и эстакад;

- опирание на стаканную часть монолитных фундаментов баз стальных колонн (рисунок 1) и др.

Несмотря на такое разнообразие, их объединяет общий принцип передачи сжимающих усилий - через грузовую площадку ограниченных размеров. Чаще всего, это стальные центрирующие прокладки квадратной, круглой или прямоугольной формы. Нагрузка, действующая в данном случае на элемент, в технической литературе называется «местной» (локальной), а область ее приложения называется «зоной смятия».

Оголовок колонны в платформенном стыке (рисунок 1, е) на стадии монтажа (до зачеканки швов раствором) или при ненормативном исполнении (некачественный раствор, наличие зазоров) испытывает НДС близкое по характеру с рассматриваемым контактным стыком (рисунок 1). В этом случае результаты исследования для контактных стыков будут актуальны и для платформенных. Платформенные стыки колонн применяются во многих сборных несущих системах многоэтажных зданий.

Рисунок 1. Стыки с опиранием несущих конструкций на оголовки ж.б. колонн через стальную грузовую площадку: а - опирание стропильной/подстропильной балки; б - опирание стальной колонны на стаканную часть ж.б. фундамента; в - опирание моста на ж.б. опору; г- стык колонн с центрирующим штырем и прокладкой (на стадии монтажа); д - опирание стальных подкрановых балок; е - опирание перекрытия/балки на колонну (платформенный стык)

На рисунке 2 приводятся основные указания по расчету и конструированию оголовков ж.б. колонн в области действия местной сжимающей нагрузки, отвечающие требованиям нормативной документации. Рекомендации по конструированию так же подробно изложены, стоит отметить, что зарубежные требования идентичны.

Рисунок 2. Требования действующих норм по расчету и конструированию оголовка ж.б. колонны. а - расчетные схемы приложения нагрузки; б - косвенное армирование оголовка ж.б. колонны армирования в зоне смятия (1 - колонна; 2 - продольная арматура;

3 - сетки косвенного армирования; 4 - поперечные хомуты)

На расстоянии от верха колонны, равному большему размеру её поперечного сечения, напряжения начинают выравниваться, и работа элемента становится предсказуемой, в то время как зона местного сжатия находится в сложном НДС. Разрушение в ней возможно от напряжений, действующих в различных направлениях.

Чтобы оценить их техническое состояние, необходимо выполнить расчет по образованию и раскрытию трещин, но подобного расчета в нормах не предусмотрено.

Даже при наличии вертикальных трещин оголовок железобетонной колонны многие продолжают воспринимать нагрузку. При этом, единственным вариантом определить его техническое состояние является выполнение расчета по второй группе предельных состояний (по образованию и раскрытию трещин).

Стыки – наиболее ответственные элементы любой конструкции, именно с них начинается разрушение. Они обеспечивают конструкционную безопасность всего каркаса, поэтому исследование, направленное на повышение их надежности и конструкционной безопасности, является актуальной задачей.

Результатами обследований и экспериментами многих ученых выявлены случаи, когда оголовок колонны воспринимают местную нагрузку с вертикальными трещинами. При нормативном подходе невозможно оценить его техническое состояние и эксплуатационную пригодность. Поэтому имеется необходимость разработать методику для расчета оголовков железобетонных колонн по образованию и раскрытию трещин.

Список литературы:

1. Габрусенко В.В. Некоторые особенности проектирования железобетонных конструкций по новым нормам. - Новосибирск, 2007. - 15-17 с.
2. Никитин Г.П. Прочность горизонтальных стыков бетонных конструкций зданий и сооружений. - Казань: КГАСУ 2007. - 173 с.
3. Поздеев В.М., Иванова Л.Ю. Эффективная железобетонная колонна. - Брянск: БГИТА, 2014. - 80-84 с.
4. Соколов Б.С., Латыпов Р.Р. Прочность и податливость штепсельных стыков железобетонных колонн при действии статических и сейсмических нагрузок. - М.: АСВ, 2010. - 127 с.
5. Соколов Б.С., Никитин Г.П. Прочность горизонтальных стыков железобетонных конструкций. - М.: АСВ, 2010. - 102 с.