Проектирование композитных плит с настилом из профилированной стали: сравнение экспериментальных и аналитических исследований
В данной статье представлено структурное поведение композитных бетонных плит с профилированным стальным настилом типа CRIL DECKSPAN TM (Colour Roof India Limited (CRIL), Мумбаи, ИНДИЯ) с помощью экспериментальных и аналитических исследований. Плита создается композитным взаимодействием между бетоном и стальным настилом с тиснением для улучшения их характеристик сцепления при сдвиге. Однако он разрушается при продольном сдвиге из-за сложного явления сдвигового поведения. Поэтому были проведены экспериментальные полноразмерные испытания для исследования прочности сцепления при сдвиге при испытании на изгиб в соответствии с Еврокодом 4, часть 1.1. Восемнадцать образцов разделены на шесть наборов по три образца в каждом, в которых все наборы испытываются на различную длину пролета при сдвиге при статических и циклических нагрузках на свободно опертых плитах. Прочность сцепления при продольном сдвиге между бетоном и стальным настилом оценивается аналитически с использованием m–k и методы соединения с частичным сдвигом (PSC) и сравнили значения. Экспериментальные результаты проверяются и сравниваются с результатами обоих m–k и методы PSC. Сравнение экспериментальных и аналитических результатов несущей способности композитных плит показало, что совпадения этих значений достаточно хорошие. Как результат, m–k метод оказался более консервативным, чем метод PSC.
Работаете над рукописью?
Введение
Композитная плита с настилом из профилированной стали на протяжении многих лет зарекомендовала себя как одна из самых простых, быстрых, легких и экономичных конструкций в строительных системах со стальным каркасом. Эта система хорошо принята в строительной отрасли благодаря многочисленным преимуществам по сравнению с другими типами напольных систем (Andrade [2004]; Makelainen and Sum [1999]). С последнего десятилетия строительная отрасль выходит за рамки традиционных методов и ищет лучшее, чтобы победить сегодняшние проблемы, и поэтому строительство из композитных плит является одним из жизнеспособных вариантов.. Холодногнутые тонкостенные стальные профилированные листы настила с тиснением на верхних полках и стенках широко используются во многих конструкциях из композитных плит. Профилированный стальной настил выполняет две основные функции: выступает в качестве несъемной опалубки во время заливки бетона, а также в качестве растягивающей арматуры после затвердевания бетона. Единственные дополнительные номинальные арматурные стержни из легкой сетки, которые необходимо предусмотреть, должны учитывать усадку и температуру, обычно в виде сварной проволочной сетки (Chen [2003]; Veljkovic [1998]). Детальный вид композитной плиты показан на рисунке 1.
Композитная плита, армированная профилированным стальным настилом (Crisinel и Marimon).[2004]; Мохаммед и Абдуллахи[2011]).
Композитная плита, армированная профилированным стальным настилом, означает, что в системе предусмотрено надежное механическое сцепление между границей раздела бетона и стального настила посредством тиснений. Профилированный лист настила должен обеспечивать устойчивость к вертикальному расслоению и горизонтальному проскальзыванию между контактной поверхностью бетона и листом настила (Poh and Attard [1993]). Это также позволяет передавать напряжения сдвига с бетонной плиты на стальной настил. Горизонтальное проскальзывание между бетоном и стальным настилом будет возникать из-за напряжения продольного сдвига, когда усилие сдвига соединителей достигнет предела прочности. Однако сложно точно предсказать продольное напряжение сдвига (τ u, Rd ) при изгибной нагрузке; поэтому сопротивление продольному сдвигу композитных плит при изгибной нагрузке косвенно оценивается эмпирическим методом (Вайнюнас и Валивонис [2006]). Еврокод 4 – Часть 1.1 предлагает два подхода, каждый из которых требует серьезной полномасштабной лабораторной работы. Один называется мк метод (метод сдвиговой связи), где m представляет собой механическую блокировку и k представляет собой трение между бетоном и стальным настилом (BS 5950: Часть 4 [1994]; EN 1994-1-1 [2004]), а другой метод представляет собой соединение с частичным сдвигом (PSC) (EN 1994-1-1 [2004]). в качестве альтернативы мк метод.
Прошлые исследователи предложили несколько полноразмерных экспериментальных тестов для объяснения сложного явления сдвиговой связи между взаимодействием стального настила и бетона в композитных плитах. Porter и Ekberg ([1976]) провели большое количество экспериментальных исследований гладких стальных трапециевидных плит перекрытий холодной штамповки без промежуточных ребер жесткости. В работе в основном участвовали односторонние полноразмерные образцы плит, испытанные до разрушения. Рекомендации по процедурам проектирования основаны на расчете прочности на сдвиг и прочности на изгиб для свободно поддерживаемых условий. Портер и др. ([1976]) дополнительно провели экспериментальные исследования характеристик разрушения при сдвиге односторонних образцов плит с приваренными поперечными проволоками, используемыми на верхней части настила в качестве устройств, передающих сдвиг, и сообщили о нескольких наблюдениях за важными параметрами, влияющими на поведение . Они также сообщили о линейной регрессионной зависимости между V u с/бд f ‘c и ρд/ L ‘ f ‘ c для определения наклона (m) и перехват (k) концепции, необходимые для проектирования. Для каждого профиля настила, толщины настила, покрытия стальной поверхности и прочности бетона рекомендуется проводить отдельную регрессию.
Райт и др. ([1987]) провели более 200 испытаний на образцах композитных плит, включая тиснение, сдвиговые стойки и промежуточные ребра жесткости с трапециевидным настилом, и сравнили их с BS 5950: методы проектирования, часть 4, принимая во внимание два аспекта, т. е. действие композитной плиты. и комбинированное действие луча. Образцы с различной прочностью бетона, подвергнутые 10,000-кратному нагружению, мало влияют на предел прочности по сравнению со статическим нагружением. Уменьшение высоты тиснения примерно на 30% привело к снижению несущей способности на 50%.
Calixto и Lavall ([1998]) провели экспериментальное исследование структурного поведения полноразмерных однопролетных композитных плит с ребристым настилом. Изучаются несколько аспектов, включая различную толщину стального настила, общую высоту плиты и длину пролета. В этом исследовании плиты, изготовленные с гладким листовым покрытием и сдвиговыми шпильками, достигли во всех случаях более высокой предельной нагрузки по сравнению с соответствующими образцами, построенными только с ребристым настилом. Во всех случаях режим разрушения был связан с сдвигом даже в плитах, изготовленных с торцевой анкеровкой и ребристым листовым покрытием. Экспериментальные результаты также сравниваются с методом расчета частичного взаимодействия, указанным в Еврокоде 4, часть 1.1. Сравнение показывает хорошую корреляцию.
Crisinel и Marimon ([2004]) предложили упрощенный метод расчета несущей способности композитных плит. Этот метод сочетает в себе результаты стандартных испытаний материалов и мелкомасштабных испытаний с простой расчетной моделью для получения соотношения момент-кривизна в критическом поперечном сечении. Результаты, полученные с использованием этого нового подхода к проектированию, были проверены путем сравнения с крупномасштабными испытаниями с использованием простых пролетных плит, нагруженных двухлинейной нагрузкой на четверть пролетов. Он показывает хорошее соответствие между расчетными моментами и моментами, полученными в результате испытаний плиты на изгиб, как при первом проскальзывании, так и при предельной нагрузке.
Мохан и др. ([2005]) представили упрощенный подход к проектированию композитных плит. В этом подходе используются результаты испытаний на скользящие блоки с простой расчетной моделью для получения момента сопротивления на основе метода частичного взаимодействия композитной плиты, определяемого сопротивлением горизонтальному сдвигу. Замечено, что момент сопротивления, предсказанный блоком скольжения и мк тесты показывают хорошее совпадение в количественном выражении.
Маримуту и Ситхараман ([2007]) провели 18 испытаний, прежде всего, для исследования поведения сцепления при сдвиге рельефной композитной плиты покрытия с использованием трапециевидного профилированного стального покрытия при имитированных возложенных нагрузках и для оценки m k ценности. Прочность композитной плиты на продольный сдвиг, рассчитанная с использованием m k Метод подтвержден результатами, полученными методом соединения с частичным сдвигом в Еврокоде 4, часть 1.1, и отличается в среднем примерно на 26%.
Мохаммед ([2010]) провел экспериментальную работу по изучению свойств свежего и затвердевшего бетона, содержащего резиновую крошку в качестве замены мелкого заполнителя. Прочность композитной плиты заключается в связи между бетоном и профилированным стальным листом; следовательно, использование более легкого по весу и более пластичного бетона, такого как CRC, для покрытия стального листа может привести к созданию новой системы композитных плит. Два набора плит, каждый из которых состоит из трех композитных плит CRC и одной обычной бетонной плиты, были испытаны с двумя пролетами на сдвиг. Установлено, что прочность связи на сдвиг, полученная m k был немного выше по сравнению со значением, полученным методом соединения с частичным сдвигом Еврокода 4 – Часть 1.1.
Мохаммед и Абдуллахи ([2011]) провели экспериментальное исследование клинкерного заполнителя из пальмового масла (POC), который используется для полной замены обычного заполнителя для производства конструкционного легкого бетона при строительстве композитной плиты с профилированным стальным листом. В общей сложности восемь полноразмерных композитных плит, шесть плит из клинкерного бетона на основе пальмового масла (POCC) и две плиты из обычного бетона были испытаны в соответствии с Еврокодом 4, часть 1.1, с двумя пролетами на сдвиг. Структурное поведение и прочность на горизонтальный сдвиг плит POCC почти аналогичны обычным бетонным плитам. Расчетная прочность связи при горизонтальном сдвиге с использованием m k и PSC – 0.248 и 0.215 Н/мм 2 соответственно.
Обзор литературы показывает, что достигаемая прочность связи при продольном сдвиге зависит от многих факторов, среди которых форма профиля стального настила, тип и частота тиснений, толщина стального настила, расположение нагрузки, длина пролета на сдвиг, гибкость настила. плита и тип торцевой анкеровки. мк а методы проектирования соединения с частичным сдвигом с использованием данных многочисленных полноразмерных испытаний имеют недостатки, такие как дороговизна и трудоемкость. Однако точное определение прочности нового типа стального профиля палубы возможно только при натурных испытаниях.
В этой статье рассматривается оценка продольного напряжения сдвига с использованием экспериментальной оценки мк расчетные значения предела прочности сталежелезобетонных плит, армированных новым трапециевидным профилированным стальным листом настила с выпуклостями прямоугольного типа. Напряжение продольного сдвига в результате мк метод сравнивается с методом PSC, и обсуждаются комментарии для оценки продольного напряжения сдвига композитных плит. Кроме того, для изучения кривых нагрузки-прогиба, кривых проскальзывания конца нагрузки и режимов разрушения в зависимости от приложенных нагрузок. Стальные настилы (CRIL DECKSPAN TM ) производятся и поставляются компанией Color Roof India Limited (CRIL), Мумбаи, ИНДИЯ. В общей сложности 18 полномасштабных, односторонних, однопролетных, свободно опертых образцов композитных плит испытываются с использованием бетона марки М20, подвергаемого воздействию двух равных линейных нагрузок, размещенных симметрично на шести различных длинах сдвигающих пролетов. Предельная несущая способность композитных плит рассчитывается по формуле мк методом и проверяется результатами, полученными методом PSC в соответствии с Еврокодом 4, часть 1.1.
Экспериментальная программа
В общей сложности 18 полномасштабных образцов композитных плит построены и испытаны в соответствии с Еврокодом 4 – Часть 1.1 для определения (1) поведения конструкции и (2) несущей способности и предоставления необходимой информации для проверки аналитических процедур. В соответствии с этим тесты предназначены для получения фундаментальной информации о поведении композитных плит с реалистичными геометрическими и материальными характеристиками. Экспериментальная программа включает статические и циклические испытания шести наборов образцов плит, подвергнутых шести различным пролетам сдвига 300, 375, 450, 525, 600 и 675 мм. Для каждого набора из трех образцов один образец испытывается на разрушение при монотонной нагрузке, а два других образца испытываются на циклическую нагрузку (BS 5950: Часть 4 [1994]; EN 1994-1-1 [2004]). . Последующие серии испытаний проводятся аналогичным образом с оставшимися пролетами. Описание деталей образца и схемы испытаний приведено ниже. В последующих разделах статьи обсуждаются экспериментальные и аналитические наблюдения и результаты.
Свойства настила из профилированной стали
Тонкостенные настилы из холодногнутой профилированной стали, используемые для изготовления образцов плит, изготовлены из листов конструкционной качественной стали, соответствующих стандартам ASTM A653 ([2008]) и IS 1079 ([1994]). На каждую сторону стального настила нанесено оцинкованное покрытие средней толщиной 0.0254 мм. Полные образцы выполняются толщиной 0.8 мм (калибр 20), которые имеют площадь поперечного сечения (A p ) 839 мм 2 , предел текучести (f yp ) 250 Н/мм 2 , а второй момент инерции (I p ) размером 0.364 × 10 6 мм 4 . На рис. 2 показана геометрическая форма стального профилированного настила с противоположными тиснениями на смежных стенках. Форма, размер и частота тиснения показаны на рисунке 3.
Какой вес и давление может выдержать PLEXIGLAS®?
Здесь вы можете найти информацию о несущей способности многослойных, гофрированных и сплошных листов PLEXIGLAS®, а также важные примечания о том, когда вам следует обратиться к специалисту для расчета толщины листа.
PLEXIGLAS® вдвое легче стекла и при этом в одиннадцать раз прочнее. Таким образом, материал идеально подходит для того, чтобы выдерживать высокое давление. Это относится к различным приложениям, включая снеговые нагрузки на крыши, давление ветра на вертикальное остекление или давление воды в аквариумах. Но как узнать необходимые размеры листов или блоков PLEXIGLAS® для соответствующего применения? Здесь важны площадь поверхности и геометрия листов, а также предполагаемое применение. Первый шаг заключается в том, чтобы определить, являются ли листы многослойными, гофрированными или сплошными.
Несущая способность многослойных и волнистых листов PLEXIGLAS®
В доме и в саду многослойные и гофрированные листы PLEXIGLAS® в основном используются при строительстве навесов для автомобилей, крыш патио, веранд, зимних садов или теплиц. Поскольку Röhm GmbH продает эти листы стандартных размеров, информацию о несущей способности можно найти в соответствующем информационном листке продукта. Любители самостоятельных работ, желающие построить крышу из PLEXIGLAS®, могут найти таблицы с ориентировочными значениями несущей способности и зазоров между поперечинами (прогонами) на случай, если потребуется дополнительная стабилизация основания.
Обычные крыши из многослойных листов, используемые в частных домах, обычно не нуждаются в поперечных элементах, поскольку длина крыш патио или навесов редко превышает четыре метра. Однако это относится только к многослойным листам из фирменного акрилового стекла Röhm GmbH, которые отличаются высокой стабильностью и качеством. Прогоны часто необходимы при использовании других пластиков, так как в противном случае листы будут гнуться.
Толщина листа влияет на эстетику и акустику
При выборе кровельного материала нельзя забывать об эстетике и акустике. Благодаря своей стабильности многослойные листы PLEXIGLAS® могут не только выдерживать большую массу снега, но и требуют меньшего количества поперечных элементов, что отрицательно сказывается на эстетике прозрачной крыши.
И они даже лучше поглощают звук. В конце концов, дождь, барабанящий по крыльцу, зимнему саду или террасе, может мешать и внутри дома. Звук дождя на более толстых простынях более приглушен и приятен — в этом случае чем толще, тем лучше.
Расчет несущей способности сплошных листов PLEXIGLAS®
Требуемая толщина сплошных листов PLEXIGLAS® для остекления крыш и стен должен рассчитываться специалистом-изготовителем. Это зависит от следующего:
- заявление
- Глубина скидки
- Размер листа
- Снеговые и ветровые нагрузки в месте установки
В отличие от предварительно собранных многослойных и гофрированных листов нельзя сделать общих утверждений о несущей способности сплошных листов. В данном случае это зависит от индивидуальных размеров и геометрии листа.
Стойкость к высокому давлению и несущая способность могут быть гарантированы почти для любой толщины листа, однако это должно быть точно рассчитано специалистом. Поэтому тем, кто хочет построить крыльцо из массивных листов PLEXIGLAS®, обязательно следует проконсультироваться со специализированным продавцом или производителем. Здесь вы можете найти контактную информацию для партнеров Röhm GmbH.
Какой толщины должно быть остекление PLEXIGLAS® для использования в аквариуме?
То же самое относится и к строительству аквариумов из PLEXIGLAS®: Требуемая толщина листов должна быть рассчитана специалистом на основе индивидуальных размеров. Здесь вы можете найти контактную информацию для партнеров Röhm GmbH.
Чрезвычайно стабильный – в воздухе и в глубоком море
Если требуется выдерживать высокое давление, PLEXIGLAS® является идеальным выбором. Это очень популярный материал для аэрокосмических и глубоководных погружений, поскольку он может выдерживать даже экстремальные давления на высоте полета или в глубоком море. Röhm GmbH также производит блоки PLEXIGLAS® для иллюминаторов самолетов, барокамер, куполов подводных лодок или подводных иллюминаторов.
