автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Бессварные стыки арматуры больших диаметров в массивных железобетонных конструкциях

РТ6 Ой

- 8 ОМ 1996

Не правах рукописи

ИСМАИЛ МОХАММЕД ИСМАИЛ

ВЕССВАРНЫЕ СТОКИ АРМАТУРЫ БОЛЬШИХ ДИАМЕТРОВ В МАССИВНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Специальность 09.23.01 - Строительны* конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1996

Работа выполнена на кафедре строительных конструкций и материалов Санкт-Петербургского государственного технического университета.'

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор, академик, И.В. Соколов.

Научный консультант:

Доктор технических наук А.В. Вовкушевский.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, академик, А.А. Храпков.

Кандидат технических наук, доцент В.А. Соколов.

Ведупая организация: АО Ленгидропроект,

Защита диссертации состоится "& " октября 1996 грда в 16 часов на заседании диссертационного совета К 063.38.08 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 105251, Санкт-Петербург, Политехническая 29, СПбГТУ, гидротехнический корпус, ауд. 411.

С диссертацией можно познакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТУ.

Отаив на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по указанному выше адресу.

Автореферат разослан " " Р*^- 1996г.

Ученый секретарь //*

диссертационного Совета, ___ (/

кандидат технических наук, доиеод,^^^/ В.А.Рукавишников

47 7

Общая характеристика работы

Актуальность таим. С появлением сборных и сСорно-монолитных железобетонных конструкций, в практике строительства одной из актуальных проблей яоляется проблема рациональной и надежной конструкции стыка аркатуры. Такие же проблемы возникают и а большепролетных монолитных конструкциях. Поисками простых и, в то же вреня, обеспечивающих достаточную прочность, жесткость и трещи-костойкость конструкция стыка постоянно занимаются проектные и научно-исследовательские организации и странах СНГ и за рубежом.

Поскольку выполнение сварочных работ требует многа времени и кокет явиться причиной ухудшения характеристик вриатурк, то переходят на болеэ простые и экономичные стыки, то есть бессварнмв, В последнее время в НИИЖБ, НИИЭС распространение получают яичаяиыв боссвзркыа стыки, которые обладает меиьпей трудо- и материалоемкостью. Однако в этих работах исследовались стыки аркатуры относительно малых диаметров при относительно больпих процентах армирования конструкция. Поэтому актуальными являются исследования линейных стыков арматуры больших диаметров применительно к массивным малоармированным железобетонным конструкциям.

Цель и задачи исследований. При проектировании стыков арматуры использовались нормы проектирования железобетонных конструкций гражданских, промышленных зданий и гидротехнических сооружений. В этих нормах не даются точные указания по проектированию бессварных стыков арматуры в массивных малоармированных железобетонных конструкциях. В целях дополнения к действующим нормам, обоснования возможности использования бессаарных стыков арматуры больших диаметров и возможности снижения длины перепуске стержней, а также разработки практических предложений по использование таких стыков и конструкции стыка в массивных железобетонных конструкциях производились экспериментальные исследования на крупноразмерных железобетонных элементах и расчеты МКЭ на ПК по программе "ДУПР", При этом изучались процессы деформирования и треиинообра-зования бетона, работа бессварных линейных стыков арматуры при статической малоцикловой нагрузке вплоть до разрушения балок.

Научная новизна. Впервые были проведены экспериментальные исследования бессварных стыков массивных железобетонных конструкций с арматурой болышх диаметров АО мм с малым процентом армирования (0,5 *), Выполнены расчетно-теоретические исследования нап-

ряжанно-деформированного состояния яелезобетонных конструкций с бессварными стыками на разных стадиях эагружения при их работе по пространственной схеме. Проведенные опыты и расчетный анализ результатов показали возможности использования бессварных стыков арматуры больших диаметров 40 мм при длине перепуска стержней 20(1 и 15а в массивных железобетонных сооружениях, при меньшей длине, чем это требуется по действующий нормам. Получены расчетные зависимости для определения длины перепуска бессварных стыков, что позволяет уточнить и уменьшить длину перепуска, определяемую по формуле (186) СНиП 2.03.01-8«, а такаа получить экономию материалов и снизить стоимость строительства. Разработаны практические предложения по конструкции стыка, а также по использованию стыков арматуры при ремонтах, реконструкции и, усилении конструкций, зданий и сооружении.

Практическое значение работы заключается в том, что даны конкретные рекомендации и предложения по проектированию и конструированию бессварных линейных стыков в массивных «елезоСе-тонны:; конструкциях. " Даны рекомендации по расчетной методике определения напряженно-деформированного состояния массивных железобетонных балок (методом конечных элементов) с бессварными стыками .

Внедрение результатов работы. Результаты работы могут быть использованы как дополнения к методам расчета массивных железобетонных конструкций с бессвэрными стыками в проектах фундаментов под турбоагрегаты, подпорных стен, подводной части зданий ГЭС и других сооружений, а также при совершенствовании СНиП. Практические предложения по методике расчетов и конструированию линейных Сеесваримх стыков арматуры больших диаметров 40 мм для массивных железобетонных конструкций переданы во ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева для их учета в разрабатываемых новых нормах проектирования железобетонных конструкция.

АпроДация работы, Основные положения работы выли доложены на всероссийском совещании по прелальныч состояниям бетонных и железобетонных конструкций энергетических сооружений, ИРЕДС0~93, Санкт-ПетерСург, а такие на семинарах СПбГТУ о 1994 и 1990 годах и на научно-технической конференции СПбГАСУ в 1996 г.

Публикации. По теке диссертации опубликованы две печатных работы ,

Объем и структура работы. Диссертвционная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы 216 страниц, 140 из них машинописного текста, 68 рисунков, 24 таблицы и библиография 134 наименования (из них 12 иностранных) .

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, ее научная новизна и практическое значение.

В первой главе рассмотрены основные типы массивных железобетонных конструкция в тон числе энергетических сооружении (ГЭС, ТЭС, АЭС), D которых можно использовать бессварные стыки арматуры. Приводятся основные нормативные требования бессварных стыков; проанализированы факторы, влияющие на сцепление арматуры с бетоном! а также основные результаты экспериментальных исследований бессварных стыков железобетонных конструкция, выполненные различными авторами.

Возможность совместной работы арматуры и бетона обеспечивается наличием достаточного сцепления между ними, которое может быть представлено суммой двух слагаемых: поверхностного сцепления стержня с бетоном, зависящего от клеящей способности цементного раствора и трения стержня с бетоном, возникающего при малейших деформациях стержнп под нагрузкой. Трение возникает в результате давления, которое оказывает Сетон вследствие усадки на стержень и зависит от наличия неровностей на поверхности аркатуры.

Сцепление арматуры с бетоном определяется характеристиками арматурной стали (состояние ее поверхности, профиль, диаметр и механические свойства) и бетона (прочность, деформативност*., возраст, состав, свойства цемента и. заполнителей), технологией приготовления бетоне, способом его укладки и уплотнения, условиями твердения, а также в значительной мере напряженным состоянием железобетонных конструкций, выэываювим переделку . и распределение усилий между арматурной и бетоном.

Б первой главе приведено кроткое описание результатов исследований, использованных при оценке прочности бессварных стыков арматуры внахлестку. Вопросами анкеровки арматуры и ее Сессварны-ни стыками занимались с самого начала использования железобетона многие отечественные и зарубежные ученые! Бауоингер, A.A.Гвоздев, А.С.Залосов,- Р.Залигер, А.П.Кириллов, П.А.Ландау, А.Е.МинарскиП,

В.Б.Николаев, О.Д.Рубин, С.В.Селезнев, Л,В.Скородумова, Я.В.Столяров, М.М.ХолмянСкий и др.

Обширная работа по исследованию возможности применения бессварных линейных стыков в сборно-монолитных конструкциях с использованием ребристых армопалубочных панелей проведена А.С.За-лесовым, О.Д.Рубиным, С.В.Селезневым (НИШКБ, НИИГидропроект). Изучались трещиностойкость, прочность, характер трещинообразова-ния и разрушения предложенных авторами конструкций- бессварных стыков, содержащих по два стержня рабочей и перепускной арматуры. Было установлено, что несущая способность стыка, определяется прочностью бетона по сечению разрушения, сцеплением арматуры с Сетоном и сопротивлением поперечных анкеров (па концах рабочей и перепускной арматуры), действию растягивающих сил.

Немаловажная работа по исследованиям бессварных стыков в растянутой зоне обделки туннеля Иргенайской ГЭС проведена Б.Н.Леонтьевым, В.А.Логуновой, И.В,Кихплевской, И.Н.Филиппович, М.А.Ал-лединым, Л.Н.Дисфантейнисом (ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, Ленгидроп-роект). Эти исследования проводились с целью доказательства возможности использования бессвэрного стыка арматуры в растянутой облицовке и снижения расхода арматуры, так как действующими нормами в центрально-растянутых и вкецентрепнс-растянутых элементов конструкций с малыми эксцентриситетами использование бессварных стыков в таких железобетонных конструкциях запрещено.

Вторая глава посвящена расчетно-теоретическим исследованиям массивных железобетонных балок с бессварными стыками. Расчеты выполнялись на ПК с помощью метода конечных элементов (МКЭ) по программе "ДУПР". В главе приводится общий подход к решению задачи, математическое моделирование образования и развития трещин в железобетонных конструкциях в двумерной постановке (горизонтального и вертикального фрагмента балок). Сравниваются результаты расчетов с опытничи данными, а также постановка задачи для расчета центрального фрагмента (зона бессварного стыка), метод и последовательность выполнения расчета по пространственной схеме и изучение напряженно-деформированного состояния Оалок с бессворны-ии стыками,

Поскольку в распоряяании не оказалось программного комплекса для решения пространственной задачи упругости с требуемыми моделями нелинейного поведения материала, то исследования проводились в два последовательных этапа:

_ 5 -

1. расчет нижнего армированного слоя;

2. расчет балки в целом с учетом результатов этапа 1.

Расчеты осуществлялись с помощью программного комплекса ДУПР,

разработанного во ВНИИГ'е и адаптированного к ПЭВМ типа IBM PC/AT. Этот комплекс позволяет решать на основе МКЭ различные линейные и физически нелинейные двумерные задачи теории упругости. Реализованный в нем закон упругости имеет вид 6 - А ( £ - £t) + ,

где £« ( 6Х Е/у Ъхт)' - вектор деформаций,

и - аналогичные векторы температурных деформаций и начальных напряжений, А - симметричная матрица коэффициентов закона упругости. В общем случае А соответствует анизотропному закону упругости.

Для физически нелинейных задач матрица А переменная и зависит от 6 . В работе использованы две модели нелинейного работающего материала с учетом его трещинообразования.

Первая модель - изначально изотропный материал с произвольным направлением трещинообразования. В изначальном состоянии материал изотропен и характеризуется упругими константами Е и ^ . Критерием разрушения является превышение главными растягиваютими деформациями заданного предельного значения £". После того, как главная деформация Ь| (принято, что Ь\ >, £-з) превысила ¿*, материал в данном элемента считается растрескавпимся с направлением трещин, перпендикулярным направлению действия ¿i. При этом материал становится ортотропным, причем в направлении трещин действует модель упругости Е, а в направлении действия Ь\ - пониженный модуль вЕ, где m << t. Модуль сдвига также резко понижается. Направление трещин и сам факт трещинообразования запоминаются, так что "залечивание" материала невозможно. Если в процессе дальнейшего расчета в направлении, перпендикулярном трещинам, возникает. сжатие, то там включается изначальный модуль упругости Е. При превышении £* второй главной деформацией ¿г аналогичным образом в элементе возникает вторая система трепин, перпендикулярная первой.

Вторая модель - ортотропный нелинейно-упругий материал с тре-шинообразорением. Изначально в заданных осях отротропии задаются две диаграммы * - & , характеризующие нелинейно-упругое поведение материала. Кроме того, задается предельная деформация ¿* , определяющая момент возникновения трещин. После тревинообраэования по какой-либо из осей ортотропии ординаты 5" в области растяжения

диаграммы Р - 6 умножаются на заданное число т << 1. Направление трещин при этом оказывается перпендикулярным данной оси ор-тогропии, а все остальные характеристики аналогичны характеристикам первой модели.

Решение задачи определяется в процессе пошагового приложения нагрузки, причем на каждом шаге выполняются внутренние итерации типа метода переменных параметров упругости, т.е. с пересчетом матрицы жесткости системы. В итоге определяются картина трешино-образования в конечных элементах и соответствующее напряженно-деформированное состояние конструкции.

Балка, имеющая высоту 1000 мм, мысленно была разделена на две части; а) монолитный бетон толщиной 900 мм от верха скатой зоны балки; б) нижний армированный слой 100 мм при толщине защитного слоя арматуры в балке 50 мм.

При расчете нижнего армированного слоя определялись инте!— ральные характеристики его жесткости и прочности. Расчеты же балки в условиях плоской задачи выполнялись уже не с реальным армированием, а с учетом полученных интегральных характеристик в нижнем слое.

При расчете армированного слоя область размерами 5000x500 мм моделировалась полностью ввиду несимметрии расположения арматуры рис.1, которая представлялась одним слоем конечных элементов с линейно-упругим материалом.

Армированный слой работает главным образом на растяжение, поэтому в качестве предельной нагрузки для его срединной части, где размещается стык арматуры, принята нагрузка Рас » Мр/Ъ, где Ир изгибающий момент в срединном сечении балки, соответствующий разрушающей нагрузке, 1) - плечо внутренней пары сил. Не основе анализа картины разрушения реальных балок принять Ь » 900 мм.

По результатам расчетов армированного слоя Выли определены интегральные жесткости характерных его участков. Такими участками были приняты; концевой, содержащий четыре арматурных стераня, и переходный - слой в месте обрыва арматуры. Интегральные жесткости участков определялись делением приложенной нагрузки на осреднен-ные продольные деформации, вычисленные по перемещениям торцов участков. Для переходного участка делением разрушающего усилия на интегральную жесткость определялось значение ¿"пит. необходимое для выработки критерия прочности.

После этого выполнялись расчеты балки в вертикальной

плоскости. Учитывались условия симметрии, поэтому половина балки разбивалась по высоте на 10 слоев конечных элементов и 27 - по длине. При этом нижний слой элементов соответствовал армированному слою, и для него применялся ортотропный нелинейно-упругий материал с учетом трещинообразования с ранее определенными интегральными характеристиками. Для остальной части применялся изначально изотропный материал.с произвольным, вызванным изменением НДС с ростом нагрузки, направлением трещинообразования.

При расчете армированного слоя получились картины трещинообразования в нижнем армированном слое, трещины образовались в разных местах балки. В середине балки (зона стыка) появились трещины п основном под углом 45о в разных направлениях, в некоторых элементах произооло полное разрушение бетона (то есть появились две треиины п одном элементе). Это значит, что иэ-эа сдвига арматуры в противоположные стороны происходит разрушение в бетоне в соответствии с главными растягивающими напряжениями. В бетоне, лежащем по краям армированного слоя балки, также образовались трещины под разными углами главным образом перпендикулярно к оси арматуры. В концевых участках балки (вне стыка) тоже образовались трещины, перпендикулярные оси арматуры и в разных направлениях и под разными углами.

По этим результатам построены графики прогибов балок, которые сравнивались с опытными данными и расчетными данными по СНиЛ 2.03.01-84. В табл. 1 приведены величины разрушающих нагрузок и соответствующие им прогибы. Следует учитывать, что в эксперименте на последней стадии приборы были сняты.

Таблица 1

Раэрупаюиая нагрузка, кН Прогиб в середине балок,' мм

балка по эксперименту по расчету мкэ по эксперименту по расчету МКЭ по расч. СНиП 2.03.01-84

1 630 700 8,4 9.1 в,8

2 740 750 13,0 10,0 10,2

- Расчетами получена картина трещинообразования в вертикальной

- в -

плоскости, при различных нагрузках 200, 400, 600, 700, 750, 800 кН (рис. -2 (а, б,) ) . 'Грещинообразование в балках началось с возникновения вертикальных трещин от мест обрыва арматуры! затем образовались зоны трещинообразования, эквивалентные косой трещине, а также дополнительные вертикальные трещины. Закончился процесс трещинообразованием в зоне стыка арматуры, как в армированном слое, с разрушением бетона между арматурными стержнями, так и по трещине, параллельной плоскости арматуры. По расчетам вертикальной и горизонтальной плоскостей балок были определены напряжения в элементах и в арматурных стержнях белок. При расчете армированного слоя были определены продольные перемещения арматуры в центре зоны стыка и в местах обрыва арматуры.

Дополнительно выполнялся расчет центрального фрагмента (зона бессварного стыка) по пространственной схеме с изучением напряженно-деформированного состояния, Также были определены после воаникновения первых вертикальных трещин нормальные напряжения бх I а также "вторичные" напряжения В, и касательные - "Сху по высоте балок при нагрузках 400, 600, 750, 800 кН рис. 3, бх — В двух местах, где имеются обрывы арматуры! 6у - в центре зоны стыка; Тхг - в первой и во второй четвертях зоны стыка и вдоль арматуры.

Результаты этого расчета показали, что в зоне стыка образовались аертикольные и наклонные трещины, направленные под углом к продольной оси арматуры. В целом картина трещинообразования соответствует эксперименту, хотя имеются некоторые отличия, связанные с условностью расчетной схемы.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ. Дано описание опытных железобетонных конструкций,методики, специально запроектированной оснастки и измерительной аппаратура, а также результаты экспериментов. Опыты выполнялись на экспериментальной Сазе ВНИИГ им. В.Б.Веденеева.

Дли исследования работы бессварних стыков арматуры диаметром 40 мм класса А-ИТ были изготовлена два железобетонный балки длиной 5000 мм, высотой 1000 мм и шириной 500 мм. Выли использована схема линейноги перепуска стержневой арматуры. Длина перепуска для двух балок состарила соответственно 20d"800 мм и i5cl»600 мм. Испытания производились таги* образом, чтобы бессвдрные стыки арматуры располагались в зоне чистого изгиба. В связи с этим балки нагружались двумя сосредоточенными силани в третях пролета *<'

опирались на две нижние катковые опоры на расстоянии 250 мм от концов балок. Расстояние между силами 1500 мм. Передача нагрузки от 1000-тонного пресса на балку осуществлялась через жесткую металлическую траверсу длиной 5000 мм (рис.1,6). Между металлической траверсой и балкой на расстоянии 1500 мм были установлены верхние катковые опоры.

В растянутой зоне Салок .было расположено по 2 стержня рабочей арматуры диаметром 40 мм. Для балки Б-2 с перепуском 600 мм на расстоянии 80 и 95 мм от концов рабочих стержней были приварены поперечные анкерные стержни диаметром 12 мм, для балки Б-1 с длиной перепуска 800 мм анкерные стержни диаметром 12 мм, расположенные на расстоянии 120 и 100 мм от концов рабочей арматуры.

Для измерения деформация арматуры к рабочим стержням были приварены анкерные коротыши, выступающие за грани балок, во избежание сцепления с бетоном они были изолированы. Расстояние между коротышами для балки В-1 составило 360 им, для валки В-2 - 600 мм. К коротышам приваривались мессуродержатели, в которых укреплялись мессуры с иеной деления 1-10*3 мм.

Для измерения деформаций бетона были использованы такие же мессуры ценой деления 1-10-i им,, которые укреплялись в специальных мессуродержателях, наклеенных на боковую поверхность бетона. Схема установки иессур показана на рис,1,6. С помощью этих приборов фиксировались деформации бетона в сжатой и растянутой зонах и вирино раскрытия трещин вдоль рабочей арматуры. Для измерения прогибов балок било установлено 3 прогибонерв (рис.1,6) с ценой деления 1-10-* мм. Расчетные значения прогибов (СНиП и МКЭ) я сраввнении с экспериментальными данными приведены в табл.2 (си. ниже).

Для определения прочности бетона были изготовлены контрольные кубы размерами 130x130x190 мм. Результаты их испытаний показали, что средняя кубиковая прочность в возрасте 2,3 нес. равна 28,3 МПа. Прочность балки В-1 с учетом возраста бетоне 65 сут. составляла 27,0 ИПа, а для балки В-1 с учетом возраста 90 сут.-2в,в МПа.

Испытание балок осуществлялось следушяим образом. Валки нагружались ступенями до нагрузки, соответствующей Р ■ 0,5Рр>Сч, где Рр*сч - расчетное значение раэруиаюаей нагрузки, при которой напряжения а арматуре достигают нормальных значения прочности. При нагрузке Р| было выполнено 10 циклов нагруаения и разгрузки до нуля с измерением деформаций по всем приборам. Затем нагрузка

ступенями увеличивалась до Р ■ 0,75 Ррасч- При этой нагрузке также было выполнено 10 циклов нагружения и разгрузки до нуля с замером деформаций и раскрытия трещин. Затем нагрузка ступенями увеличивалась вплоть до разрушения балок. На каждой ступени наг-ружения снимались показания по мессурам и прогибомерам, фиксировались появившиеся в бетоне трещины и ширина их раскрытия.

Таблица 2

Наг Балка 1 Балка

руз

ка, прогиб Г, мм прогиб Г , мм

КН

Расчет Расчет по по Расчет Расчет по по

по методике эксперименту по методике эксперимен-

МКЭ СНиП 2.03.01-84 МКЭ СНиП 2.03.01-84 ту

0 0,15 0,13 0,25 0.32 0,26 0,71

50 0.43 0, 38 0.75 0.46 0,27 0,89

100 0,65 0, 57 1.91 0,75 0.41 1,6

150 0.85 0,73 2,07 0.93 0.81 2,22

200 1.1 0,9 2,4 1 ,1 0,97 2,75

250 1 .95 1 .88 2,9 2,0 1.8 3,3

300 2,85 2.80 3,5 2,8 2.41 3.8

350 3,78 3.61 3.9 3,6 3,4 4,3

400 4,6 4.3 4.5 4.3 4.0 4,9

450 5,4 5,35 6.0 5,2 5,1 5.6

500 6,0 5,98 6.4 5,92 5,3 6,6

550 6,85 6.2 7,3 6,7 6,4 7,0

600 7,5 7,0 9.4 7,5 7.4 8,6

650 6,4 8,2 -— в.4 7,98 11,3

700 9,1 8,6 --- 9.1 8.99 13,0

750 --- —---- 10 10.2 —

Первые нормальные трещины появились в середина пролета при нагрузке, составляющей 0,ДРр1сч. С увеличением нагрузки количество нормальных трешин в зоне чистого изгиба росло. При Р « 0,7РР»СЧ их число составляло 5-6. а глубина распространения - 0,6 - 0,7 Ъ,

где h - высота Салки. При этой же нагрузке появились первые наклонные трещины, распространяющиеся от опоры к силе, а также нормальные трещины за пределами зоны чистого изгиба.

Разрушение, одинаковое для обеих балок, произошло хрупко в результате образования трещины, примерно-параллельной зоне стыка (рис. 4). Прочность балки Б-2 окаэалвсь пыше прочности балки В-1. Это объясняется тем, что. испытание балки В-1 было проведено в возрасте бетона 65 сут., а балки Б-2 в возрасте 90 сут., что способствовало росту прочности Сетона на (^5

Таким образом, результаты выполненных исследований показали, что прочность балок с бессварными стыками арматуры диаметром 40 мм при длине перепуска стержней 20d-800 мм и 15d»600 мм выше на 25% расчетной по действующим нормам. При малых процентах армирования (0,5 %) несущая способность определяется работой .бетона в зоне стыка арматуры. Для предотвращения хрупкого разрушения нужно армировать эту зону.

В четвертой главе приводится анализ несущей способности железобетонных балок с бессварными стыками, сравниваются результаты расчетов по MKJ=I, по указаниям СНиП, с данными экспериментальных исследований. ^Даются расчетные зависимости для определения длины линейного перепуска стержней в массивных железобетонных конструкциях; формулируются практические предложения по конструированию стыка, а также по использованию стыков арматуры при ремонтах, реконструкции и, усилении конструкций, зданий и сооружений.

При определении предельных усилий, воспринимаемых балками с бессварными стыками, были использованы рекомендации, составленные А.С.Залесовым, А.П.Кирилловым, О.Д.Рубмным и С.В.Селезневым.

Предельное усилие, воспрчнимаемое бессварным стыком, можно представить в виде суммы усилий:

Np • 2 Nbu + N„ , (1)

где Nbt - усилие, характеризующее сцепление арматуры с бетоном, N, - усилие, воспринимаемое анкеруюшими стержнями; коэффициент "2" указывает на наличие двух стержней на длине перепуска. Общий mm предлагаемой нами форму ли ;

Np - 0,73 [0.6. Vn-Rbf </V<Mu - 0,75 Rbf («Aj-d)»- (Su/h„) ♦ + 0.7- n„ . Ht, t ■ d„ 21 Результаты определения Np no формуле (1) и по экспериментальным данным приведены .в табл . 1..

Таблица 3

Валка и» . Nb. . Nw , п„ , NpOnMT Np0nHT/Npp«c4

мм кН кН шт кН кН

1 800 218 174 4 610 650 1,06

2 600 269 162 4 720 740 1 ,02

Расчет двух железобетонных балок (1 и 2) с бессварными стыками по образованию, раскрытию трещин выполнен по указаниям СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.06.08-87:

Сравнение опытных и расчетных данных приведено в табл.4 и 5, указывает на хорошее их совпадение.

Таблица 4

Балка Характеристика стыка Опытная наг-грузка появления первых трещин Per(:oniiT/pcrcpac4 по указаниям СНиП 2.03.01-84 Рсгс0якг/Рсгсрасч по указаниям СНиП 2.06.08-87

1 20d -800 мм 200 кН 1,29 1 ,14

2 15d ■ 600 мм 200 кН 1,24 1 ,08

Таблица 5

Всгс » ИМ всгс , мм асгс , им

Балка по методике по методике по

СНиП СНиП опыту

2.03.01-64 2.06.08-87

1 0,237 0,230 0,310

2 0,270 0,263 0,340

В четвертой главе на основании результатов исследований, вы-

полненных автором, предлагается дополнить нормы по использованию бессварных линейных (внахлестку) анкерных стыков следующими положениями:

1. Длину перепуска 1а - 1«„»»х- Клер принимать меньшей, чем 1ап (1«п определяется по формуле (186) СНиП 2.03.01-84) и не более 20(1, то есть рассчитывать по формуле:

1(1 - ип"®.11 • *пер \< 20 <1, где 1,„ » (ы1П1?в/Ръ + ДЛап)-(1, Я, и Нь - расчетные сопротивления арматуры и бетона; значения , Ллп определяются по табл.37 СНиП 2.03,01-84.

* с/Иг , с - постоянное число; Иг - радиус армирования (рис. 5).

2. Рекомендуется армировать полухомутами зону перепуска стержней для предотвращения хрупкого разрушения бетона от действия растягивающих напряжений по площадкам, параллельным плоскости стыка и соответственно конструкции (см. рис. 6).

3. Несущая способность бессварного стыка определяется сцеплением арматуры с бетоном и сопротивлением поперечных стержней анкеров действию растягивающих сил. Расчет прочности бессварных стыков должен производиться из условия (ИР - 21*!ь8 + ), в которое следует вводить коэффициент условий работы ^ь < 1■ учитывая возможность хрупкого его разрушения, то есть нужно рассчитывать по формуле:

+ N.. ) ,

где И), » 0,9.

4. Расчет бессварного стыка внахлестку по предельным состояниям второй группы производится по указаниям СКиП 2.03.01-64 или СНиП 2.06.08-87 как для конструкции со сплошной без стыка арматуры (см. табл.5).

Зьклкченио

1, Анализ существуюиих методов расчетов и конструирования линейных Сессварных стыков массивных железобетонных конструкций показал, что для повышения технико-экономической эффективности использования арматуры больших диаметров требуется проведение дополнительных расчетно-теоретических и экспериментальных исследований с целью обоснования метода ресчета и конструирования таких бессварных стыков.

- н -

2. Выла разработана методика расчета с использованием МКЭ для решения задачи математического моделирования образования и развития трещин в железобетонных конструкциях в двумерной постановке в два этапа. Результаты расчетов МКЭ показывают удовлетворительную сходимость с опытными. Численные исследования показывают сходимость с решениями по действующим нормам.

3. Путем сращивания решений для плоской схемы получены о общем виде пространственная схема расчета железобетонной Салки и обосновано образование вторичных трещин, параллельных граням. Результаты расчетов железобетонных конструкций с бессварными стыками на различных стадиях загружения при их роботе по пространственной схеме показывают, что трещины образовались вертикально и наклонно к.оси продольной арматуры; разрушение должно происходить вследствие разрыва бетона в зоне стыка по площадкам, параллельным растянутой арматуре.

4. Экспериментальные исследования массивных железобетонных балок, размерами 5000x1000x500 мм с арматурой класса А-П1 диаметром 40 мм показали, что первые нормальные трещины появились в середине пролета при нагрузке, составляющей 0,4Ррасч- При Р = 0,7 Ррасч глубина распространения трещин достигла - 0,6-0,7 Ь. Измерялись деформации бетона в сжатой и растянутой зонах, ширина раскрытия трещин, напряжения в арматуре и прогибы. Сравнение опытных значений, деформаций и напряжений показывает достаточно хорошую сходимость с расчетными данными по МКЭ и СНиП.

Прочность железобетонных валок с бессварными стыками арматуры (40 мм) при длине перепуску 20с1»800 мм и 15с1«600 мм соответственно оказалась выше на 25% расчетной, определенной по действующим нормам.

5. Рекомендуются расчетные зависимости для определения длины перепуска бессварных стыков, что позволяет уточнить и уменьшить длину перепуска, определяемую по зависимости (186) СНиП 2.03.01: -34, а также получить экономию материалов и снизить стоимость строительства.

6. Приводятся рекомендации по конструированию стыка! для предотвращения хрупкого разрушения бетона в зоне перепуска стержней необходимо армировать эту эону полухомутами. На концах перепускаемых стержней арматуры должны быть установлены поперечные стержни типа анкеров, диаметр которых может быть принят равным 0,3-0,5(1. Количество поперечных стержней должно быть не более 2.

7. В диссертации формулируются также предложения по использовании бессварных стыков арматуры при ремонтах, реконструкции, и усилении конструкций, зданий и сооружений.

Публикации по тема диссертации.

1. Леонтьев В.Н., Логунова В.А., Филиппович И.Н., Исмаил М.И. , Соколов И.Б. Исследование работы бессварных стыков арматуры большого диаметра в массивных железобетонных конструкциях. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Предельные состояния бетонных и железобетонных конструкций энергетических сооружений (ПРЕДС0-9Э). : СПб, ВНИИГ им. В.Е.Веденеева, 1994. - с. 139-142.

2. Вовкушевский A.B., Соколов И.В., Исмаил И.М. Статическая работа железобетонных элементов с бессварными стыками арматуры. Совершенствование методов расчета и исследование новых типов железобетонных конструкций./СПбГАСУ, 1995. - с. 78-91.

0-)

9 . • ш " '

^^^и^^ддву— — ■ I ■.—■■и

\Lneoi ~~ ^

50011

9

лр

2Р

¡/г-• р.'*

# • 4 о •

258 ,538

°СС

Ж

Р Троберса. ,р

ж

о

Мб'

м8

Мз

м7<

Из М^рз

25В

пр4

15йй

|Пр2 1500

И«

1500

"р.

[250

5000

Рис. 1. Схемы балок с бессварными стыками 1-пер. =15,3 и ^Ой: а - схема армироЕанкя балок <3=40 мм; О - схема размещения приборов и затруднения балок. ■ — пр - прогибомер; • М - меееура.

ip-7C0

/ а а / а а а У V /v

/ / / / / / /1 а / / / а / / /s а /1 i ¥ а // у а а а

/ / / / / / / а а / / а а / а /! 71 ¿7 $ т а у\ а а а

X / / / / / а а / / / V а 'а i ¥ л п/ а а а

/ / / / / И / а а / / а а ¡а л // И и К щ а и/ а а а

/ / / / /! У / а а / 4 И щ ja а м ч ///! л ш/ а а а

/ / / / /1 У / а а /1 а '4 /а а и и w а ца а и

/1 / / / X У / / 4, 'а % // а 'л ы и М w и а\ г

/ X / /1 ¿f « & & & ¿ü h т и ща я И/1 Л (Л уц

/ / / Л / Sv / / / а а \t!v / а а а

Рис. 2.а . Картина трещинообразавания (балка 1) при нагрузка Р=700 itK

разрушение

а а // V а а а а а / а / а а ап •г/ £

а а // у а а а а а /' а У а а/ // 41 7/ v у! а

а а // 'а а л л а а / а / а л ц ¥ № м И ъ >* а а-

а а h v а а а а а / а / а 'а п и т у\ Ух >4 к а и

а а Л 'а а а а а /\ / // И А п h щ щ к % и А

а а // а а а / а а / а h и м п я am К И к И w п щ

а а Л 1а а / а а а И И *а И & т к % % %

а а Л 'а а\ а а / w И я Ai % ь т

а а // \{а k щ % ya м fr Л к И к

а а // 'а А v а а / / у / а а / а /1 ау> а а па У 1/ а ¿а

Рис. 2.6 . Картина трещинообрагования (балка 1) при разрушении.

Рис. 3 . Характер эпюр распределения нормальных напряжений Ех , и касательных .(зона бессварно-. го стыка) по высоте балки при нагрузке Р=800 кн, полученные расчетом (ШВ) в МПа.

Рис. 4. Схема трещинообразовзния бетснз балки Б-1, пйказан-<: да ух боковых поЕеру.ностеЛ. Цифрами указаны нагрузки Р (в ■гп образовании трещин.

т

^ jC ppwapotj^^

гее зао 400_5£й 570 • R^., ж

Pi«. 5. Зависимость между, радиусом армирования и длиней т . ре пуска.

5{ZH2

£1250 1®

Fho. б. Схема армирования *-:лезобетоннь/х Сэлсн; с бессизркы.и -тыками аркатуры Сольших диаметров.