Материал: Строительство и недвижимость научный журнал. Мищенко В.Я., Мещерякова О.К

Выпуск 1(5), 2020

Расчётная нагрузка на пологое покрытие с уклоном до 12% на местности типа А состояла по результатам натурного взвешивания из постоянной = 18.48 кг/м2 (кровельный пирог – полимерная мембрана 1.2 кг/м2, утеплитель 3.6 кг/м2, пароизоляция 1.2 кг/м2; и собственный вес профлиста 12.48 кг/м2) и снеговой нагрузки 1.848кН/м2, определённой в соответствии с указаниями [5] для г. Воронежа (III снеговой район). Итого полная расчётная нагрузка на покрытие составила 2.203кН/м2 или 1.83кН/м.

Для детального изучения характера повреждения произвели демонтаж поврежденных элементов покрытия. Результаты исследования показали, что исчерпание несущей способности на всех поврежденных участках произошло от смятия и потери местной устойчивости стенок на средней опоре и в середине пролетов - зоне максимального изгибающего момента. Толщина металла обрушившегося профлиста измеренная микрометром составила величину 0.724 ±0.072 мм, что меньше заявленной в документации поставщика толщины 0.8 мм. Из этого можно сделать вывод, что производитель указал в характеристиках несущую способность видимо без учета изготовления на практике листов с отрицательным допуском.

Согласно [4] для профлиста СКН153-900-0.8 предельная расчётная нагрузка при двухпролётной схеме загружения с шагом опор в 6 м составляет 4.18 кН/м2.

Рис. 3. Вырезанный фрагмент обрушившегося листа. Видно смятие на средней опореи с местная потерей устойчивости стенки

Было проведено моделирование напряженно-деформированного состояния профлиста. Расчет был выполнен в ПК ЛИРАС-САПР.

Расчётная модель листа представляла собой трёхмерную конечно-элементную систему

(рис. 4).

Рис. 4. Общий вид расчётной схемы листа

90

Выпуск 1(5), 2020

По результатам расчета на общую устойчивость были получены формы потери устойчивости и коэффициент запаса устойчивости приведенные на рис. 5. Система считается устойчивой, если коэффициент запаса больше 1. Как видно из результатов расчёта, проектная нагрузка на лист превышала критическую почти в 2 раза (1/ = 1/0.503 = 1.988). Как видно из рис. 5 формы потери устойчивости соответствовали наблюдаемым при визуальном обследовании покрытия рис.2;3.

Рис. 5. Форма потери устойчивости листа (коэффициент запаса устойчивости К=0,503)

С целью определения экспериментальной жесткости листа было произведено лабораторное испытание м фрагмента листа пролетом два метра на четырехточечный изгиб на автоматизированном прессе в центре коллективного пользования имени Ю.М. Борисова при Воронежском государственном техническом университете.

Нагрузка от пресса на лист передавалась при помощи деревянных брусьев расположенных в третях пролета. Испытания проводились с контролем перемещений середины пролёта листа при помощи прогибомера (рис. 6).

Рис. 6. Исчерпание несущей способности профлиста на опоре при давлении пресса в

13.41 кН

91

Выпуск 1(5), 2020

Рис. 7. График зависимости прогиба от нагрузки

Из полученных экспериментальных данных (рис. 7) была вычислена жёсткость листа. Жесткость определялась по линейному участку графика деформирования при прогибах 1 =5 мм, соответствующего нагрузке 1 =4.11 кН, и 2 =7 мм - 2 =6.55 кН:

При значении модуля упругости стали 2.06 105 МПа момент инерции составил величину

98.703 см4.

Согласно данным табл. 16 [4] момент инерции листа равен 496 см4, что существенно выше определённого по результатам лабораторных испытаний.

В связи со столь противоречивыми данными было решено провести натурные испытания полномасштабного профлистапо 2-х пролётной схеме с шагом опор 6м.

Для проведения испытаний был снят один из целых листов и установлен на опоры, а также были взвешены кирпич и утеплитель для определения действующей на лист нагрузки.

Равномерно распределенная нагрузка создавалась кирпичом, уложенным по плитам пенопластового утеплителя Деформации листа в поперечном направлении, ограничивались поперечными деревянными планками, установленными с шагом 400мм.

Исчерпание несущей способности начиналось на средней опоре ввиду смятия нижних полок и потери стенкой устойчивости (рис. 8).

Исчерпание несущей способности профлиста в серединах пролетов произошла при нагрузке 1.96 кН/м ввиду потери устойчивости верхними сжатыми полками (рис.9). При таком смятии на средней опоре лист уже не будет соответствовать неразрезной схеме. В листе на средней опоре образовался шарнир, отчего впролетах изгибающий момент увеличился в полтора раза по сравнению с неразрезной схемой работы.

92

Выпуск 1(5), 2020

В результате испытаний выяснилось, что смятие листа на опоре и потеря местной устойчивости стенкой происходит при нагрузке в 1.53 кН/м (рис. 8) вместо заявленных в [4] 5.22 кН/м, а полное обрушение в пролёте произошло при нагрузке в 1.96 кН/м (рис. 9).

Во время испытания также измерялись вертикальные перемещения по верхней полке профлиста, в серединах пролетов и на опорах при помощи нивелиров. Измеренные прогибы корректировались с учетом перемещений на опорах.

Рис. 10. График прогибов в середине пролетов и средний прогиб

На графике прогибов (рис. 10) нагрузки даны в кг/пм, прогибы даны в мм. Голубой и синей линией обозначены графики прогибов в серединах пролётов, красной линией обозначен график среднего прогиба. Как видно из графика, прогиб листа превысил допустимую по таблице Д1 [4] величину в (1/200) = 30 мм при нагрузке на профлист в 1.23 кН/пм.

Как видно из результатов испытаний, профилированные листы покрытия были не способны нести проектную нагрузку.

93

Выпуск 1(5), 2020

В результате проведённых испытаний и расчётов выявлено, что заявленная в нормативном документе [4] несущая способность листа покрытия при двухпролётной схеме с пролётами шесть метров существенно завышена, что явилось причиной обрушения покрытия цеха.

Список литературы

1.Ушаков, И.И. Диагностика строительных конструкций. Научные основы диагностики: учеб. пособие для студентов строительных специальностей [Текст] / И.И. Ушаков // Воронежский Государственный Архитектурно-строительный университет. –Воронеж,

2008, - 150 с.

2.Ушаков, И.И. Коррозионные повреждения стальных конструкций и основы диагностики: учеб. пособие/ И.И.Ушаков, В.Я.Мищенко, С.И.Ушаков. - М.: изд. АСВ, 2013.-144с.

3.Мищенко, В.Я. Прогнозирование темпов износа жилого фонда на основе мониторинга дефектов строительных конструкций / В.Я. Мищенко, П.А. Головинский, Д.А. Драпалюк // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2009. № 4 (16). С. 111-117.

4.Стандарт организации СТО 57398459-18-2006 (СТП/ПП/18) Профили стальные листовые гнутые для строительства.: Группа предприятий «Стальные конструкции». – Москва,

2006, – 65c.

5.СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.0785*; изд. «Минстрой России». – Москва, 2016, – 80c.

List of references

1.Ushakov, I.I. Diagnostic of building constructions. Scientific basis of diagnostics: textbook for students of construction specialties [Text] / I.I. Ushakov // I.I. Ushakov; Voronezh State University of Building an Architecture. –Voronezh, 2008, - 150 p.

2.Ushakov, I.I. Corrosion damage of steel structures and fundamentals of diagnostics: textbook/ I.I. Ushakov, V.Y. Mishenko, S.I. Ushakov. -M.: pb. ASV, 2013, - 144p.

3.Mishchenko, V.Ya. Forecasting the rate of depreciation of housing on the basis of monitoring defects in building structures / V.Ya. Mishchenko, P.A. Golovinsky, D.A. Drapalyuk // Scientific Bulletin of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and architecture. 2009. No. 4 (16). S. 111-117.

4.Standard of organization STO 57398459-18-2006 (STP/PP/18) Bent steel sheet profiles for construction.: Group of enterprises «Stalnye construtsii». – Moskov, 2006, – 65p.

5.SR 20.13330.2016 Loads and impacts; pb. «Minstroy Rossii». – Moskov, 2016, – 80p.

94