Experimental studies of prestressed steel-concrete wall girders = Експериментальні дослідження попередньо напружених сталебетонних стінових прогонів

Abstract

To reduce the cost of steel for the installation of load-bearing elements of the wall enclosure made of sandwich panels, it is suggested to use prestressed steel-concrete girders with reduced stiffness of the steel part of the cross-section in one plane instead of girders from the pipe. Thus, the span cross-section will be a U-shaped steel profile filled with concrete. Experimental tests were carried out on eight samples of 3000 mm long girders made of bent channel № 10, size 100x50 mm, with a wall thickness of 3 mm, filled with C20/25 class concrete. The prestressing of the cross-section steel part was carried out by pre-bending the cross-section steel part with jacks and fixing it in this position by filling the inner cavity with concrete. As a result of the implementation of these measures during experimental studies, an increase in bearing capacity up to 31% and stiffness up to 57% was confirmed in the case of preliminary bending of the channel and filling with concrete 1.6 times higher than the height of its shelves. The use of such beams makes it possible to reduce steel consumption by 39%.

Стінові прогони являються горизонтальними конструктивними балковими елементами стінового огородження будівлі. Під час використання легких сендвіч-панелей у якості стінового огородження, несучі стінові прогони виконують сталевими. З метою зменшення витрат сталі для влаштування таких прогонів, авторами пропонується використовувати сталебетонні прогони, попередньо напружені у площині зменшеної жорсткості сталевої частини перерізу. Сталебетонні прогони пропонується виготовляти із гнутих швелерів із заповненням коритоподібного сталевого профілю бетоном. Сумісну роботу двох матеріалів слід забезпечувати встановленням системи анкерних стержнів. Суть попереднього напруження полягає в наступному. Спочатку сталевий коритоподібний профіль вигинається домкратом проти експлуатаційного прогину і в такому положенні заповнюється бетоном. Після набору бетоном проектної міцності, домкрат витягується. Утворений таким чином сталебетонний прогін за рахунок сумісної роботи сталі та бетону залишається вигнутим проти експлуатаційного прогину. Під час експлуатаційного навантаження на прогони, спочатку необхідно вибрати їх попередній вигин, повернувши прогони в початковий прямолінійний стан, а лише потім буде виникати прогин від прямолінійної початкової осі балки. Саме цим пояснюється підвищення міцності та жорсткості досліджуваних попередньо напружених сталебетонних прогонів. Для підтвердження наведених викладок було проведено експериментальні випробування восьми зразків прогонів довжиною 3000 мм, виконаних із гнутого швелеру №10 розміром 100×50 мм з товщиною стінки 3 мм, заповнених бетоном класу С20/25. Між собою зразки відрізнялися наявністю попереднього напруження сталевої частини перерізу, розміром перерізу бетонного осердя та схемою навантаження. У результаті проведених експериментальних досліджень підтверджено підвищення несучої здатності та жорсткості сталебетонних балок, що складає: 1) у випадку заповнення бетоном внутрішньої порожнини швелера 19% і 27% відповідно; 2) у випадку попереднього вигину сталевої частини перерізу 24% і 29% відповідно; 3) у випадку збільшення в 1,6 рази висоти перерізу бетонного осердя попередньо напруженого зразка 31% і 57% відповідно.