Performance of innovative beam-to-column connections in precast industrial buildings

Abstract

Неодамна случените земјотреси покажаа дека најслабата точка кај постојните префабрикувани конструкции се врските и дека најголемиот процент на оштетувања кои се јавуваат кај овие системи е директна последица на оштетувањата на врските. Посебно компликувани се врските греда-столб, со акцент на ”сувите” врските, за кои во праксата има многу малку примери за соодветни решенија. Овој проблем е идентификуван и во рамките на докторската дисертација предложени се иновативни проектни решенија на ”суви” префабрикувани врски греда-столб, отпорни на моменти кои, од една страна имаат степен на доверливост близок до монолитните армиранобетонски врски, а од друга страна, од конструктивен аспект се доволно едноставни и лесни за примена во градежното инженерство. Во истражувањата е применет комбиниран експериментално-аналитички пристап. Експерименталните истражувања се реализирани на десет модели, од кои осум се иновативни решенија на ”сува” префабрикувана врска греда-столб отпорна на моменти, и два се референтни монолитни армиранобетонски модели. Предложени се три генерални типа на проектни решенија за овие врски кои се релативно едноставни за примена во секојдневната инженерска пракса и тоа: (1) врска во која се предвидени само анкери и отворите се залеани со високовреден цементен материјал; (2)врска кај која анкерите изложени на товар на затегнување се зајакнати со поединечни челични плочи за спречување на лом од извлекување на истите анкери и последователно на врските; (3) врска кај која сите анкери се зајакнати со заедничка челична плоча за да се избегнат сите можни механизми на лом на врската. Предложените врски се тестирани во случаи на: доминантно свиткување (коефициент на свиткување/смолкнување = 1.5), ист интензитет на свиткување и смокнување (коефициент на свиткување/смолкнување = 1.0) како и доминантно смолкнување (коефициент на свиткување/ смолкнување од 0.5), со цел да се тестира врската со различни можни комбинации на товарење и во услови кога врските се реализираат со вертикално или хоризонтално поставени анкери. Моделите се изложени на соодветно проектиран полу-цикличен програм на товарење и дефинирани се нивните јакостни и деформабилни карактеристики. Добиените експериментални резултати покажуваа дека: (1) врската греда – столб која беше конструирана само со анкери претрпе крт лом поради ломот на извлекување на анкерите во услови на товар на затегнување; (2) врската греда – столб зајакната со челични плочи покажа дуктилно однесување со значително подобрување на капацитетот за деформабилност во однос на врската која беше конструирана само со анкери. Овој ефект е уште поизразен кај проектните решенија зајакнати со една заедничка плоча; (3) предложените иновативни врски имаат многу поголема јакост на смолкнување од силите на смолкнување кои дејствуваат врз истите и последователно на тоа нивното однесување се карактеризира со свиткување дури и во услови на доминантно смолкнување (коефициент на овиткување/смолкнување = 0.5). Во рамки на аналитичките истражувања направено е нумеричко микромоделирање на врските со примена на 3D конечни елементи и софтвер посебно развиен за механички врски и склопови (Abagus/CEA V.14). Овој софтвер е селектиран бидејќи врските кај префабрикувани бетонски згради можат да се третираат, со голема доверливост како механички врски поради процесот на монтирање на истите. Резултатите од нумеричките истражувања покажаа дека дистрибуцијата на напрегањата во врските и во нивните составни компоненти конзистентно ја следи шемата на пукнатини и деформации кај тестираните примероци. Генерално, добиените резултати се добра основа за примена на предложените иновативни “суви” врски греда-столб, отпорни на моменти, кај префабрикуваните конструкции, со што на истите им се обезбедува поголема робустност и се зголемува нивната компетитивност во споредба со монолитните армиранобетонски конструкции. Треба да се напомене дека реализираниот експериментален програм наметнува одредени ограничувањата врзани со поширока примена на предложените решенија и во тој контекст во дисертацијата се дадени насоки за понатаможни истражувања.