ВВЕДЕНИЕ 4
1. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ШТЕПСЕЛЬНЫХ СТЫКОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ 6
1.1 Обзор видов стыков колонн каркаса многоэтажных зданий 6
1.2 Типы штепсельных стыков с использованием металлических труб,
характеристики элементов 10
1.3 Обзор методик и подходов отечественных и зарубежных исследований по
применению металлических трубок для анкеровки арматуры в стыках 14
2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ШТЕПСЕЛЬНОГО СТЫКА 16
2.1 Расчет колонны в составе каркаса многоэтажного дома 16
2.2 Расчет прочности штепсельного стыка 23
2.2.1 Расчет в эксплуатационной стадии 24
2.2.1 Монтажная стадия 28
2.3 Выводы по второй главе 29
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ШТЕПСЕЛЬНОГО СТЫКА 30
3.1 Методика испытаний 32
3.2 Результаты испытаний 32
3.3 Общие выводы по испытаниям 35
4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ШТЕПСЕЛЬНОГО СТЫКА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ 37
4.1 Описание прочностных моделей расчетных схем 37
4.1.1 Критерии прочности 37
4.2 Модель «трубка-раствор-стержень» 49
4.3 Модель «штепсельный стык с формообразователем скважины в виде
стальной трубы» 55
4.4 Сравнение теоретических и опытных результатов 66
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 67
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
При современном темпе строительства каркасно-монолитных зданий исходя из технологических особенностей производства работ, в данном случае, отсутствия возможности применения башенного крана на начальном этапе формирования каркаса здания, было принято решение, в его центральной части (в плане) выполнять монолитные колонны до определённой отметки, а затем, посредством стыка осуществить переход на применение сборных колонн. Вариант устройства стыка с металлическим оголовником для соединения основных арматурных стержней с обрывом и дополнительных стержней внахлест электросваркой оказался трудоемким и приводил к технологическому перереву, поскольку замоноличивание горячего сварного стыка могло привести к хрупкому разрушению сварного шва или свариваемого металла. Требовалось найти простой и универсальный монтажный стык, который смог бы минимизировать сварочные работы и гарантировать его надежную работу по восприятию статических нагрузок.
Применение обжимных втулок для соединения рабочей арматуры сдерживается высокой стоимостью специального гидравлического оборудования и проблемами размещения его захватов между плотно расположенными стержнями [7].
Винтовые соединительные муфты требуют использования арматуры винтового профиля, которую производит лишь ограниченное количество отечественных заводов изготовителей, или с нарезкой резьбы на конце стержня, что также трудоемко [7].
Общей целю данной научной работы является экспериментальное и теоретическое исследование штепсельного стыка сборной и монолитной колонны с несъемными металлическими трубами в скважинах, имеющими опорную пластину на одном конце и заполненных высокопрочным раствором.
Данный способ устройства штепсельного стыка с незапатентованными металлическими трубками позволит отказаться от сварных работ, тем самым обеспечить одноцикловую технологию устройства стыка сборной колонны с монолитной.
В качестве конкретных задач предполагается:
• Выполнить обзор существующих методов образования стыков, описать их преимущества и недостатки.
• Оценить основные переменные(элементы), входящие в состав штепесельного стыка и влияющие на его работу;
• Определить надежность сцепления продольной арматуры, заделанной в стальной трубе с помощью безусадочного высокопрочного раствора;
• На основании натурного эксперимента построить численную модель соединения арматуры со стальной трубой, работа которой отражает опытные результаты;
• С учетом полученной модели, разработать расчетную схему штепсельного стыка в целом и описать его напряженно-деформированное состояние;
• Описать НДС стыка, сделать вывод о несущей способности и потенциале к оптимизации стыка
Для исследования поставленных задач был проведен физический эксперимент по выдергиванию арматурного стержня из стальной трубы, заполненной высокопрочным раствором. Следующим этапом на его основе было выполнено компьютерное моделирование эксперимента с использованием метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS Workbench 2020 R1. Главная
трудность теоретических и экспериментальных исследований состояла в многообразии факторов, влияющих на разрушение связей сцепления в контактной паре «сталь-раствор».
По результатам исследований сделан вывод о прочности штепсельного стыка железобетонных колонн с использованием стальных труб, заполненных высокопрочным раствором и обозначен вектор по использованию этих данных при проектировании.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
1) По результатам существующих исследований, установлено, что наиболее значимыми факторами, влияющими на несущую способность, являются: класс бетона оголовника колонны, диаметр стержней и размеры сеток косвенного армирования в плане, продольное армирование, расчетная длина колонны и действующая нагрузка.
2) Анализ экспериментальных данных позволил установить, что:
Установить, что контактный слой образцов работает стабильно до нагрузки в 36 тонн без видимой вытяжки арматуры из трубы, после достижения нагрузки в 36 тон наблюдается интенсивный рост взаимных смещений, пошли пластические деформации.
• Разрушение произошло при достижении нагрузки порядка 51 тонн.
3) Выводы по результатам экспериментов в целом подтверждают опытные данные полученные другими исследователями.
4) Разработана численная модель фрагмента стыка, повторяющая натурный эксперимент, анализ результатов расчета которой позволяет описать работу стержня внутри трубы, раскрыть потенциал к уменьшению длины анкеровки. Данный вывод можно наблюдать на графике зависимости напряжении от силы, на нем четка видна граница ниспадающей части зоны передачи усилий, и дальше он выравнивается.
5) С учетом полученной модели, разработана расчетная схему штепсельного стыка в целом, с целью описания его ндс и поиска оптимальных конструктивных решений.
• Анализ результатов расчета численного модели штепсельного стыка при действии предельного усилия, подсчитанного аналитически, показали, что напряжения возникающие в арматуре составляют 60-65% от расчетной прочности, напряжения возникающие в бетоне составляют 95-97% от призменной прочности, и -96% от расчетной прочности на растяжения в локальных местах. Осредненные по нормальному сечению колонны напряжения составили 70%.
• Полученная численная модель стыка позволила более детально оценить напряженно-деформированное состояние конструкции и ее элементов, выявить основные закономерности его работы.
