Експериментальні дослідження впливу засобів анкерування на несучу здатність та деформативність комбінованих легкобетонних плит

Abstract

UK: Мета. Визначення раціональних типів анкерів і армування легкобетонних комбінованих плит з профільованим настилом за допомогою експериментальних досліджень. Наукова новизна. Для конструктивного забезпечення сумісної роботи компонентів комплексного перерізу комбінованих плит (сталевого профільованого настилу – зовнішнього армування та легкобетонної плити) авторами було розроблено 5 типів засобів анкерування: гнучкі анкери, що розташовуються вертикально і під кутом 25 від вертикалі (плита ПМА-2); анкеруючі засоби у вигляді поперечної арматури, що розташована у горизонтальній площині та перетинає стінки профнастилу (плита ПМА-3); вертикальні болтові анкери у різній кількості, що з’єднують верхні на нижні поверхні плит (плити ПМА-1, ПМА-5, ПМА-4). Методика. З метою отримання експериментальних даних щодо ефективності запропонованих засобів анкерування проведено цикл експериментальних досліджень, що включали в себе випробування п’яти дослідних зразків плит (ПМА-1 … ПМА-5) з відношенням довжини плити до висоти її перерізу, що дорівнює 10, у яких варіювалися анкерні засоби та способи анкерування. Під час експериментів досліджували роботу компонентів плит (легкого бетону, анкерів, профнастилу) під короткочасним навантаженням, прогини посередині прольоту плит, а також визначали характер втрати несучої здатності залежно від типу анкерного засобу та анкерування. Для виготовлення дослідних зразків використовували профільований лист, гнучку арматуру, болтові анкери з різьбовою нарізкою та полістиролбетон. Результати. Експериментальним шляхом підтверджено ефективність застосування запропонованих авторами конструкцій анкерування у вигляді гнучкого армування (плита ПМА-2, збільшення несучої здатності в 2,4 рази у порівняні з плитою без додаткових засобів анкерування) та горизонтального армування (ПМА-3, зменшення деформативності на 8% (при навантаженні 0,6Mult, exp) у порівняні з плитою без додаткових засобів анкерування). Практична значимість. Вищезазначені конструктивні засоби забезпечення сумісної роботи можна рекомендувати для практичного застосування як основні при проектуванні комбінованих конструктивних елементів, що поєднують у собі матеріали, фізико-механічні характеристики яких суттєво (на декілька порядків) відрізняються (наприклад, при використанні як матеріалу плити надлегких – теплоізоляційних бетонів, в тому числі пінополістиролбетонів з низьким модулем пружності).

RU: Цель. Определение рациональных типов анкеров и армирования легкобетонных комбинированных плит с профилированным настилом с помощью экспериментальных исследований. Научная новизна. Для конструктивного обеспечения совместной работы компонентов комплексного сечения комбинированных плит (стального профилированного настила − внешнего армирования и легкобетонных плит) авторами было разработано 5 типов средств анкеровки: гибкие анкеры, которые располагаются вертикально и под углом 25 от вертикали (плита ПМА-2) анкерующие средства в виде поперечной арматуры, расположенной в горизонтальной плоскости и пересекающей стенки профнастила (плита ПМА-3); вертикальные болтовые анкеры в разном количестве, соединявшие верхние и нижние поверхности плит (плиты ПМА-1, ПМА-5, ПМА-4). Методика. С целью получения экспериментальных данных об эффективности предложенных средств анкеровки, авторами был проведен цикл экспериментальных исследований, включавших в себя испытания пяти опытных образцов плит (ПМА-1 ... ПМА-5) с отношением длины плиты к высоте сечения, равной 10, в которых варьировались анкерные средства и способы анкеровки. Во время экспериментов исследовали работу компонентов плит (легкого бетона, анкеров, профнастила) под кратковременными нагрузками, находили прогибы посередине пролета плит, а также определяли характер потери несущей способности в зависимости от типа анкерного средства и анкеровки. Для изготовления опытных образцов использовали профилированный лист, гибкую арматуру, болтовые анкеры с резьбовой нарезкой и полистиролбетон. Результаты. Экспериментальным путем подтверждена эффективность применения предложенных авторами конструкций анкеровки в виде гибкого армирования (плита ПМА-2, увеличение несущей способности в 2,4 раза по сравнению с плитой без дополнительных средств анкеровки) и горизонтального армирования (ПМА-3, уменьшение деформативности на 8% (при нагрузке 0,6Mult, exp) по сравнению с плитой без дополнительных средств анкеровки). Практическая значимость. Вышеперечисленные конструктивные средства обеспечения совместной работы можно рекомендовать для практического применения как основные при проектировании комбинированных конструктивных элементов, что объединяют в себе материалы, физико-механические характеристики которых существенно (на несколько порядков) отличаются (например, при использовании в качестве материала плиты сверхлегких − теплоизоляционных бетонов, в том числе пенополистиролбетон с низким модулем упругости).

EN: Purpose. The question of determining the rational types of anchors and reinforcing of the light concrete composite slabs with profiled steel sheeting was considered. For this, experimental studies were performed. Originality. For constructive provision of combined action of components of the composite section of composite slabs (steel profiled sheeting − external reinforcement and light concrete slab), 5 types of anchorage were developed by the authors: flexible reinforcement, which was located vertically and at angle of 25 from the vertical (slab PMA-2); transverse reinforcement, which was located in the horizontal plane and which intersected the webs of the profiled steel sheeting (slab PMA-3); vertical bolted anchors in different quantities, which connected top and bottom surfaces of slabs (slabs PMA-1, PMA-5, PMA-4). Methodology. In order to obtain experimental data on the effectiveness of the proposed anchorage, the authors conducted series of experimental studies. The studies included the testing of five specimens of slabs with the ratio of the length of the slab to the height of its cross-section, equal to 10. Different anchors and methods of anchorage of specimens were used. The behavior of components of slabs (lightweight concrete, anchors, reinforcement, profiled steel sheeting) under short-term loading was studied during experiments. The deflections in the middle of the slab span were found, and the nature of the loss of bearing capacity, which depended of the type of anchors and the reinforcement, was determined. Profiled steel sheeting, flexible reinforcement, threaded screw bolt anchors and polystyrene concrete were used to make test specimens. Findings. As a result of experimental studies, the effectiveness of the author’s proposed designs of the anchors in the form of flexible reinforcement (slab PMA-2, increase in bearing capacity by 2.4 times in comparison with the slab without anchorage) and transverse reinforcement (slab PMA-3, decrease of deformability by 8% (at load of 0,6Mult, exp) compared with the slab without anchorage) was confirmed. Practical value. The anchorage of the slab PMA-2 and PMA-3 can be recommended as the main ones in the design of composite structural elements with very different physical and mechanical properties of materials (several orders). For example, using of ultra-light heat insulating concrete including polystyrene concretes with a low modulus of elasticity as a material of plates.