автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Безопасный уровень осевого длительного сжатия железобетонных стержней с высокопрочной арматурой

На правах рукописи

БЕЗОПАСНЫЙ УРОВЕНЬ ОСЕВОГО ДЛИТЕЛЬНОГО СЖАТИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СТЕРЖНЕЙ С ВЫСОКОПРОЧНОЙ АРМАТУРОЙ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В. Ф.Захаров

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ЕА. Чистяков

кандидат технических наук, доцент ЛЛЛемыш

Ведущая организация - "ИНРЕКОН"

Защита состоится " 29" мая_1997 г.

в _ часов на заседании диссертационного совета К.033.03..01 по

защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона ( НИИЖБ ) по адресу : 109428, Москва, 2-я Институтская ул.,6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "_"_1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат техни-

ческих наук

ТА. Кузьмич

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Применение высокопрочных материалов и, в частности, термоупрочненных сталей в качестве продольной арматуры колонн требует учета возможности проявления при длительной их эксплуатации под нагрузкой как положительных, так и негативных последствий, вызванных развитием деформаций ползучести бетона. К положительным последствиям следует отнести подтвержденный экспериментально факт перераспределения внутренних усилий, воспринимаемых бетоном и арматурой. При этом бетон разгружается, что увеличивает эксплуатационную надежность конструкций, а арматура догружается, что также имеет положительное значение с точки зрения более эффективного использования высоких механических характеристик термоупрочненных сталей.

На положительные факторы длительной эксплуатации накладываются факторы, имеющие явно отрицательные последствия, как для несущей способности, гак и для эксплуатационной пригодности сжатых железобетонных стоек. К ним в первую очередь относится рост прогибов во времени, не затухающий практически на протяжении всего периода длительной эксплуатации.

Негативные последствия может вызвать и переменный характер внешних воздействий, характеризующийся например периодическими глубокими (иногда полными) разгрузками железобетонных элементов после длительной выдержки сжимающих внешних нагрузок высокого уровня.

Спектр конструкций, испытывающих глубокие периодические разгрузки в период эксплуатации может быть расширен за счет включения в него колонн многоэтажных зданий, подвергающихся знакопеременным ветровым воздействиям и колонн открытых крановых эстакад, для которых значительная часть временной крановой нагрузки, составляющей до 90% от полной нагрузки, согласно требованиям действующих норм является длительно действующей.

Вышесказанное подтверждает актуальность выбранной темы исследования и практическую значимость ее результатов для строительной практики.

Цель диссертационной работы состоит в получении опытных данных о влиянии знакопеременных режимов длительного нагружения, сопровождающегося различного уровня глубокими разгрузками, в том числе и полными, на трещиноустойчивость, жесткость и несущую способность колонн средней гибкости с продольной высокопрочной термоупрочненной арматурой класса Ат - VI и обычной поперечной арматурой в виде вязаных проволочных хомутов, расположенных на расстояниях, предупреждающих выпучивание продольных арматурных

стержней, а также разработке расчетного аппарата определения напряженно-деформированного состояния сечений при указанных воздействиях и использовании его для определения безопасного уровня длительного, переменного во времени, осевого сжатия гибких железобетонных стержней. Научная новизна работы:

- разработана методика экспериментального изучения кратковременного и длительного сопротивления колонн средней гибкости при различных режимах длительного сжатия; -получены опытные данные о влиянии различных режимов внешнего нагружения на трещиноустойчивосгь, жесткость и несущую способность колонн с термоупрочненной продольной стержневой арматурой класса Ат-У1 и обычным поперечным армированием в виде вязаных проволочных хомутов, расположенных на расстояниях, предупреждающих выпучивание продольных арматурных стержней;

- разработана методика расчетного определения напряженно-деформированного состояния нормальных сечений железобетонных стержней при длительном, переменном во времени, осевом сжатии и использовании параметров напряженно-деформированного состояния от начального и последующих импульсов сжатия для вычисления безопасного уровня длительного эксплуатационного нагружения колонн;

- разработаны алгоритмы и программа для расчета на ПЭВМ параметров начального и текущего напряженно-деформированного состояния сечений сжатых железобетонных стержней при постоянных и ступенчато изменяющихся во времени двузначных периодических силовых воздействиях;

Практическое значение работы. Разработаны предложения по определению параметров начального и текущего напряженно-деформированного состояния сечений сжатых железобетонных стержней и даны рекомендации по их использованию с целью расчетного определения безопасного уровня переменного во времени длительного осевого сжатия гибких железобетонных стержней с высокопрочной продольной арматурой.

Достоверность результатов. Уровень достоверности полученных теоретических результатов подтверждается хорошим соответствием их экспериментальным данным, надежность которых обеспечивалась применением механической и электротензометрической измерительной аппаратуры.

Аппробаиия работы - основные результаты проведенных исследований доложены и обсуждены на:

- конференции преподавателей и научных работников Тверского государственного технического университета в 1995 г.;

- 3- научно-методическом семинаре кафедры "Конструкции и

сооружения" Тверского государственного технического университета в 1997 г.

Публикации. Содержание к результаты всех разделов диссертации опубликованы в 4-х научных статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения с выводами, списка использованной литературы, включающего 107 наименований, в том числе 9 на иностранном языке, а также приложений.

Объем работы 161 страница, включая 86 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 24 рисунка, 34 страницы приложения.

Диссертация выполнена на кафедре "Конструкции и сооружения" ТГТУ под руководством доктора технических наук, профессора В.Ф. Захарова.

На защиту выносятся : методика и результаты экспериментальных исследований сжатых железобетонных стержней с высокопрочной продольной арматурой- и вязаными проволочными хомутами с гибкостью % - //Ь =15 при различных знакопеременных режимах внешних силовых воздействий;

- методика расчетного определения параметров начального и текущего напряженно-деформированного состояния нормальных сечений сжатых железобетонных стержней при различных режимах длительных знакопеременных силовых воздействий;

- предложение по использованию параметров начального и текущего напряженно-деформированного состояния сечений для вычисления без опасного уровня длительного, переменного во времени сжатия железобетонных стержней.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранного направления исследования и определяется область возможного практического использования полученных результатов.

В первой главе выполнен краткий обзор выполненных за последние десятилетия в России и за рубежом исследований в рассматриваемом направлении.

Отмечается, что впервые необходимость учета длительного характера внешних воздействий при расчете сжатых железобетонных элементов была предусмотрена в нормах проектирования 1964 и последующих годов. Эти воздействия , отрицательные по последствиям на несущую способность, но положительные по смыслу, определяемому реальностью развивающих деформаций ползучести и вызываемому ими длительного нарастания прогибов, были выявлены экспериментальными исследованиями КЗ. Таля и Е.А. Чистякова, которые были выполнены в конце пятидесятых и начале

шестидесятых годов текущего столетия под руководством А А. Гвоздева в НИИЖБ. Именно количественные результаты этих исследований, а также опытные данные К.Гэде, В.Гелера, Виеста, Сиеста и других зарубежных исследователей предопределили методику учета длительного характера внешнего воздействия путем вычисления приведенного значения продольного сжимающего усилия, длительно действующая часть которого увеличивалась в I /ПЫ раз в сравнени с нормативным ее значением.

Из-за отсутствия необходимого количества опытных данных величина коэффициента ГСЫ , определенная непосредственно из опытов со

стержнями гибкостью А,=№ =30, была линейно интерполирована на меньшие значения гибкости и экстраполирована на большие их значения, И хотя в дальнейших редакциях норм рекомендации 1964 года сохранились только в указаниях для расчета центрально сжатых стержней с

гибкостью X < 20, актуальность проблемы определения уровня безопасного сжатия для стержней произвольной гибкости сохраняется, Дело в том, что проведенные впоследствии эксперименты по изучении влияния длительного сжатия на несущую способность колонн дали результаты, в значительной степени не согласующиеся с результатами расчетного определения несущей способности по рекомендуемой нормами 1975 и 1984 годов методике, учитывающей в неявной форме отрицательное влияние деформаций ползучести.

Ситуация еще более усложняется при применении высокопрочных сталей в качестве продольной арматуры колонн, у которых понятие об уровне эксплуатационного напряженно-деформированного состояния сечений отличается определенной спецификой в сравнении £ армированием колонн обычной арматурой, класса не выше А-Ш. Е последнем случае уровень напряженного состояния бетона и арматуры, определяемый отношениями эксплуатационных напряжений в бетоне и арматуре к их предельным значениям, примерно один и тот же. При использовании высокопрочных арматурных сталей в стадии эксплуатации при нагрузке, составляющей также около 50% от разрушающего усилия, I бетоне развиваются значительные неупругие деформации, в результате чегс

создаются условия для использования ниспадающей части диаграммы " а(

Бб " и более интенсивного включения в процесс деформирование мощной упругой связи в виде продольной высокопрочной арматуры деформирующейся почти упруго вплоть до напряжений, близких 1 условному пределу текучести. При столь высоких уровнях напряжений I бетоне на стадии эксплуатации, в нем развиваются не только собственно пластические деформации, но и связанные с ними быстронатекающш деформации ползучести, игнорирование которых не позволяет достовернс определить величину напряжений в бетоне и арматуре даже пр1 кратковременном действии нагрузки.

Еще в большей степени необходим учет деформаций ползучести при расчетах на длительное действие нагрузки.

Задача учета деформаций ползучести ставит в свою очередь проблему длительной устойчивости гибких железобетонных стержней, над решением которой плодотворно работали И.И. Улицкий, Чжан Чжун Яо, А.Р. Ржаницын, И.Е. Прохопович, В.М. Бондаренко, P.C. Санжаровский, Д.Н. Пекус-Сахновский, А.П. Ковальский, Р.Х. Каюмов и др. исследователи. Ими были получены решения для определения критических сил при длительном сжатии железобетонных стержней, в той или иной степени аналогичные по форме известным решениям из теории упругого сопротивления материалов и существенно отличающиеся от изложенного выше подхода, развитого КЗ. Талем и ЕЛ. Чистяковым. Этот подход нашел определенное развитие в работах В.Ф. Захарова, особенно в приложении к стержням с высокопрочной арматурой. Суть этого подхода заключается в том, что в качестве критерия устойчивости рассматривается заданный срок службы сооружения, на протяжении которого должен быть обеспечен процесс нарастания прогибов с примерно постоянной и достаточно низкой скоростью. По истечении заданного срока эксплуатации процесс медленного и равномерного деформирования сменяется ускоренным нарастанием прогибов с дальнейшим разрушением. Существенным является необходимость отыскания таких параметров начального и текущего напряженно-деформированного состояния стержня, которые безусловно обеспечили бы переход его по истечении заданного срока службы в стадию разрушения без увеличения эксплуатационного усилия.

Естественно, что при гаком подходе к определению начального напряженно-деформированного состояния становится обязательным использование наиболее корректного варианта теории ползучести бетона. Таким вариантом является наследственная теория старения, развитая в трудах Н.Х. Арупоняна, АА. Гвоздева, П.И. Васильева, И.Е. Прокоповича и C.B. Александровского. В отличие от теории старения, развитой в основном работами И.И. Улицкого, А.Б. Голышева, Ч. Уитнея, Г.Д. Дишингера и НА. Буданова, а также теории упругой наследственности, созданной В.Вольтерра, Л. Больцманом и , в приложении к бетону, А.Р. Ржаницыным, наследственная теория старения учитывает известную обратимость деформации ползучести стареющего бетона.

Для упрощения аналитических зависимостей, связывающих деформации ползучести с напряжениями, рядом исследователей предлагается прием, с помощью которого осуществляется переход от интегральной формы связи между деформациями ползучести и напряжениями к алгебраической на базе тех иных выражений для функции меры ползучести бетона. Здесь наиболее известны предложения И.И. Улицкого и А.Б. Голышева, справедливые, как показано Захаровым В.Ф.,

- «-

только для теории старения. Поэтому остается по-прежнему актуальной задача перехода от интегральных уравнений теории ползучести к алгебраическим, особенно при переменных во времени воздействиях, изучению которых посвящена и настоящая работа.

Проблема эффективного использования высокопрочной арматуры в колоннах с обычным поперечным армированием в виде хомутов при постоянных или монотонно возрастающих во времени напряжениях в значительной степени получила разрешение в экспериментальных исследованиях В.Ф. Захарова, П.Матара, ЮАуна и Т. Аутоума. Однако для случая знакопеременных внешних воздействий, сопровождающихся глубокими или полными периодическими разгрузками, опытных данных подтверждающих эффективную работу высокопрочной арматуры нет, если не считать выполненной в НИИЖБе в начале 80-х годов работы О. Хромых с короткими, типа призм, образцами, армированными высокопрочной сталью. Для стержней средней гибкости опытны« исследования знакопеременных внешних воздействий являются, повидимому, приоритетными.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию напряженно-деформированного состояния нормальных сечений сжатых с малым* эксцентриситетами стержней и разработке. предложений по определеник безопасного уровня их длительного, переменного во времени сжатия.

Исследование начинается с постановки задачи о необходимы) соотношениях между длительно действующими эксплуатационным* усилиями и усилиями, вызывающими разрушение стержня. Согласнс действующих норм наиболее нагруженные сечения должны удовлетворят! условиям прочности:

Т1^,У,уп)<Трег(ЗДьД5,уы,уз), (I

где Т1 и Трег- соответственно внешнее усилие от расчетных значенш нагрузок и усилие, воспринимаемое сечением, как функция его размеров ' и прочностных характеристик материалов.

Для стадии эксплуатации должны удовлетворяться услови. необходимой трещиностойкости

Тг^п,Уп,уп) < Т сгс (ЗДЬп.уЫиДзп/у^) (2

и условие по ограничению перемещений

Усилия Т1 и Тг связаны соотношением

Т1 > Т2

Но если при проектировании сжатых железобетонных стержней исходить из предположения, что переход в предельное состояние по прочности происходит после завершения периода длительной эксплуатации в условиях переменных внешних воздействий, по величине меньших кратковременной разрушающей нагрузки, то условия (1) и (2) должны быть дополнены указанием о зависимости усилий Ti и Тг от времени! и временных границах, когда эти условия должны выполняться, т.е.

Ti (g,V,yn,t) < Трег (S,Rb,ybi,Rs,Ysi) (5)

T2(gn,Yn,yn,t) < Tcrc(S,Rbn, ybn.Rsn, ysi) (6)

t < t lim (7)

T.(t)>T2 (8)

С точки зрения поставленной проблемы о сопротивлении гибких железобетонных стержней длительному сжатию неравенства (5) и (8) необходимо дополнить условием, связывающим величину кратковременного разрушающего усилия Tn,sh и безопасного при длительной эксплуатации продольного усилия Tlim(t):

Tlim(t) = m9l*Tn,sh(i:i) (9)

Из (9) следует:

Шэ1 = Tlim(t)/Tn,sh(Xi) (10)

Определение параметра Шэ(, характеризующего заданный режим и уровень переменного длительного сжатия гибких железобетонных стержней, составляет одну из основных целей настоящего исследования.

Используя в дальнейшем понятие о характеристиках жесткости при кратковременном действии нагрузки Csh и при длительном ее действии Cl и учитывая также, что соотношения длительного и кратковременного разрушающих усилий однозначно определяется соотношением соответствующих характеристик жесткости, получаем в общем случае, что

übt = C//Csh=(l +Мг)/(1 +Msh)

an

где f/ и tsh - предельные значения прогибов при длительном ; кратковременном значении разрушающих усилий.

Значения эксцентриситета ео продольной силы при начальном осево] сжатии принимаются равными случайному.

Определения длительного и кратковременного прогибов производится н основе анализа начального и текущего напряженно-деформированног состояния сжатого с малыми (случайными в момент нагружения эксцентриситетами стержня, работающего в стадии эксплуатации бе трещин.

Параметры начального напряженно-деформированного состояни сечений определяются геометрической и физической нелинейностью, т.е. учетом неупругого состояния бетона в момент приложени эксплуатационной нагрузки и с учетом быстронатекающих деформаци] ползучести. Параметры текущего напряженно-деформированног состояния сечений определяются на основе алгебраический зависимост: между деформациями ползучести и напряжениями в бетоне, заменяюще] исходное интегральное уравнение. При этом рассматриваются различны варианты переменных во времени внешних воздействий и , в частносп-знакопеременные, изменяющиеся по ступенчатому циклу : " Нагрузка Разгрузка - Нагрузка".

В третьей главе приводятся результаты экспериментального изучени

работы .сжатых железебетонных стержней с гибкостью X -Иh=15 армированных высокопрочной продольной арматурой класса Ат - VI ] обычными проволочными хомутами при знакопеременных ступенчат* изменяющихся и постоянных( для сравнения) во времени внешни: воздействиях.

Всего было исследовано пять режимов внешних воздействий.

Первый режим моделировал длительное, постоянное во времен] сжатие стержня, на протяжении 205 суток с последующим доведением ел до разрушения по схеме кратковременных испытаний.

Второй режим моделировал постоянное длительное сжатие н; протяжении 85 суток с последующей полной разгрузкой и выдержкой н; протяжении 30 суток в ненагруженном состоянии. После "отдыха" стержн] снова нагружались до начального уровня сжатия и через 90 суто; доводились до разрушения.

Третий режим отличался от второго неполной краткосрочной ( ] течение 30 суток) разгрузкой, после которой уровень сжата восстанавливался и в конце испытания стержень догружали д< разрушения.

Четвертый режим характеризовался длительной, на протяжении 12< суток, полной разгрузкой после 85-дневного начального даительноп сжатия.

При испытаниях по пятому режиму стержни после начального длительного сжатия дважды, с разрывами в 30 суток, подвергали полным разгрузкам.

Всего было испытано восемнадцать колонн. Восемь из них подвергались кратковременным испытаниям до разрушения в различные возрасты бетона, соответствующие этапам периодических нагружений и разгрузок. Таким образом создавались все условия для сравнительного анализа результатов испытаний при различных режимах и определения их влияния на несущую способность колонн.

Параллельно с испытаниями основных образцов проводились кратковременные и длительные испытания большого количества бетонных кубов и призм для определения прочностных и деформативных характеристик бетона в различные возрасты после его затворения.

Основные результаты испытаний приведены в таблице 1, из анализа которой можно сделать ряд важных, для исследуемой проблемы выводов.

Таблица 1

Шифр Возраст Режим д ли Разру- Деформа ции Прогиб

образца бетона тельной шающее арматур ы в момент

при выдержки усилие разруше-

испы- под ния

тании нагрузкой NU,KH 8s',% 8s,% fu,MM

х,суток

К-1 35 . — 400 0,412 0,300 1,6

К-2 380 0,400 0,312 1,81

К-3 120 432 0,422 0,301 1,67

К-4 436 0,419 0,288 1,92

К-5 180 445 0,425 0,320 1.53

К-6 449 0,430 0,310 1,84

К-7 240 455 0,391 0,295 1,77

К-8 440 0,445 0,302 1,69

Д-1-1 240 I 488 0,500 0,32 1,77

Д-1-2 540 0,512 0,34 1,93

Д-П-1 II . 498 0,49 0,306 1,58

Д-11-2 480 0,48 0,314 1,7

Д-И1-1 III 508 0,502 0,289 2,14

Д-Ш-2 520 0,53 0,30 1,95

Д-IV-l IV 492 0,52 0,295 1,89

A-IV-2 476 0,503 0,283 2,01

Д-V-l V 460 0,478 0,299 1,96

Д-У-2 481 0,488 0,31 1,53

Наибольшее развитие продольных деформаций и прогибов при длительных испытаниях наблюдались у образцов, испытанных по первому режиму, наименьшее - в третьем и пятом режимах.

Более того, несущая способность образцов, испытывавших предварительную длительную выдержку нагрузку по четвертому и пятому режимам оказалась несколько ниже ( до 10% ) несущей способности образцов, подвергшихся длительным испытаниям по первому, второму и третьему режимам. Следовательно, удалось зафиксировать , хотя относительно и небольшое, но вполне определенное отрицательное воздействие длительных и неоднократных разгрузок в процессе эксплуатации на несущую способность сжатых со случайным начальным эксцентриситетом железобетонных колонн с высокопрочной арматурой.

Несущая способность всех опытных образцов, испытывавших кратковременное действие разрушающей на1рузки после предварительной выдержки длительного сжатия, была на 10-20% выше несущей способности образцов, сразу доведенных до разрушения без длительной выдержки нагрузки. Но и у последних разрушение происходило при продольных деформациях арматуры, не меньших ,как правило, 0,4%, что доказывает в целом высокую эффективность использования высокопрочной армагуры в колоннах при различных временных силовых воздействиях.

В четвертой главе выполнен сопоставительный анализ экспериментальных и расчетных параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние опытных образцов при различных временных внешних воздействиях.

Расчетные значения параметров , и прежде всего напряжений в арматуре , вычислялись в предположении упругой работы бетона в момент нагружения и с учетом развития пластических деформаций, а также быстронатекающих деформаций ползучести. Только при учете неупругого состояния бетона, оцениваемого с помощью коэффициента

упругопластичности V = 0,45, и быстронатекающих деформаций ползучести удается добиться удовлетворительного согласования параметров напряженно-деформированного состояния, полученных и; опыта и из расчета по разработанной во второй главе методике. Расчеты выполнялись на ПЭВМ по специально разработанной программе Результаты сравнения приведены в таблице 2. В таблице 3 приведень опытные величины отношений длительно действующего усилия N1 í разрушающему Ки и вычисленные значения параметра 1111 пс рекомендуемым в главе зависимостям.

Таблица 2

Сту- Вычисленные напряжения в Отношения вычисленных

Шифр пени арматуре, МПа напряжений в арматуре к

образц натру С учетом ползучести бетона опытным (средним)

жени я V = 1,0 V = 0,45 С учетом ползучести бетона

V = 1,0 V = 0,45

СТ»1 Л1* <Тв2 Ой' вц о»1'

СТя.ЬЛ С СТз.Ы; С

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Д-1-1 I 171,9 215,2 234,1 282,8 0,71 0,75 0,96 0,99

Д-1-2 I 303,8 357,5 3422 397,4 0,91 0,81 1,02 0,89

1 171,9 2152 234,1 282,8 0,69 0,77 0,94 1,01

238,2 341,4 3282 383,0 0,80 0,85 0,91 0,96

Д-П-1 2 139,0 1682 111,4 131,7 1,36 127 1,09 1,0

81,3 106,7 73,9 91,4 124 1,14 1,13 0,98

Д-Н-2

3 224,0 286,5 285,7 347,8 0,74 0,76 0,94 0,93

314,0 385,5 356,8 423,5 0,86 0,80 0,98 0,88

1 171,9 2152 234,1 282,8 0,69 0,77 0,94 1,01

288,2 341,4 3282 383,0 0,86 0,79 0,98 0,88

Д-Ш-

1 2 277,7 220,9 178,9 209,0 1,63 1,02 1,06 0,97

153,9 1862 160,6 188,6 0,89 0,92 0,93 0,94

д-ш-

2 3 243,6 309,3 307,5 365,0 0,72 0,86 0,91 1,01

319,3 379,7 360,4 420,8 0,77 0,78 0,95 0,87

171,9 2152 234,1 282,8 0,65 0,735 0,88 0,97

Д-1У-1 1 288,2 341,4 3282 383,0 0,83 0,86 0,93 0,96

д.IV-2 2 139,0 1682 111,4 131,7 127 1,45 1,01 1,14

32,1 106,7 122,1 148,3 0,66 0,73 0,98 1,02

1 171,9 2152 234,1 282,8 0,77 0,75 1,05 1,02

2882 341,4 3282 383,0 0,80 0,85 0,91 0,95

Д-Г-1

2 139,0 1682 111,4 131,7 1,42 125 1,13 0,98

79,7 104,8 119,7 146,4 0,73 0,67 1,03 0,93

3 222,8 284,6 331,5 403,0 0,66 0,78 0,98 1,11

301,2 369,4 3942 469,4 0,69 0,76 0,9 0,96

Д-У-2

4 152,0 195,6 177,4 218,1 0,87 0,89 1,01 0,99

98,6 138,6 139,8 178,1 0,72 0,80 1,04 1,03

с 241,7 318,4 351,6 434,5 0,67 0,74 0,88 1,01

0 314,3 396,9 409,8 496,4 0,81 0,76 1,02 0,95

Среднее отклонение 0,9 0,87 0,98 0,98

Коэффициент вариации 029 0215 0,07 0,055

Таблица 3

Опытные и вычисленные значения безопасного уровня длительного сжатия ш э;

Шифр образца Источн ик Значения прогибов , мм Значения т п

ео, мм ш иц Опытные Вычисленные при V = 1 Вычисленные при V = 0,45 По опыт| Вычисленные ным | при

Г Г/,и Г 5Ь,са1с Г /,са1с Г зЬ,са1с и данным (V = 1 V — 0,45

Д-1-1 0,65 2,49 2,72 3,205 3,467 2,94 3,105 0,95 0,97 0,98

Д-1-2 2,67 2,9 0,96

Д-И-1 0,65/0/- 3,7 4,12 2,518 2,705 3,861 3,977 0,96 0,965 0,99

Д-11 -2 -/0,65 4,2 4,52 0,975

Д-Щ-1 Автор 2,5 0,65/- 3,3 3,75 4,243 4,36 3,623 3,698 0,95 0,99 0,99.

Д-Ш-2 /0.2/-/0,65 3,7 4,15 0,945

Д-1У-1 0,65/0 0,9 1,02 1,37 -1,498 0,896 1,131 0,97 <0 0,85

Д - IV- 2 1,2 1,32 0,94

0,65/0/- 4,6 5,5 5,89 6,039 4,859 4,952 0,94 0,99 0,99

Д - V - 2 0,65/0/0,65 5,2 5,9 0,96

Д-5-0 Д-6-0 Аутоум 2,5 0,2/0,4/ 0,78 0,82 0,99 1,11 0,55 1,72 0,43 0,54 ОМ 0,805 0,625 0,83

Д-5-15 /10/ 15 0,6/0,8 3,53 4,35 3,15 4,36 2,82 3,245 0,85 0,77 0,88

Д-6-15 3,87 4,65 0,87

Вьшоды

По результатам выполненного теоретического и экспериментального исследований можно сделать следующие выводы.

1 .Непосредственно опытным путем установлены существенные различия в работе сжатых железобетонных стержней при различных режимах силовых длительных воздействий. Длительное постоянное сжатие колонн средней гибкости при / о / Ь = 15 оказывает в основном положительное влияние на их несущую способность.

2. Положительный эффект перераспределения внутренних усилий, сопровождающийся разгрузкой бетона и догружением высокопрочной продольной арматуры, превалирует над отрицательным, связанным с нарастанием во времени прогибов, которые, тем не менее, должны учитываться при стремлении к достоверной оценке фактического напряженно-деформированного состояния сечений и сжатого элемента в целом.

3. Длительная выдержка колонн с высокопрочной арматурой под нагрузкой, сохраняющей постоянное значение на протяжении всего периода эксплуатации, привела к повышению несущей способности примерно на 10% в сравнении с колоннами, испытанными в том же возрасте, но не испытывавших предварительно длительного воздействия внешней нагрузки.

4.В процессе длительной выдержки под нагрузкой в продольной арматуре колонн развились дополнительные деформации сжатия и соответствующие им напряжения, по величине находящиеся в зависимости от режимов длительного нагружения в пределах от 10% до 50% от начальных значений. Наибольшие приращения имеют место при постоянном длительном нагружении, минимальные - при периодических полных разгрузках.

5.При разработке методики расчетного определения напряженно-деформированного состояния сечений сжатых стержней при длительных знакопеременных внешних воздействиях необходим учет упругопластического состояния бетона уже в момент приложения внешней нагрузки, а также учет быстронатекающих и длительных деформаций ползучести бетона. Сравнительный анализ опытных данных и результатов аналитического расчета подтверждает необходимость учета этих факторов, как при определении параметров НДС, так и при расчете безопасного уровня длительного сжатия колонн с высокопрочной арматурой, основанного на отыскании параметров начального и текущего (длительного) напряженно-деформированного состояния.

бАбсолютные значения напряжений в наиболее сжатой высокопрочной арматуре колонн колебались от 725 ... 770 МПа при кратковременном действии разрушающей нагрузки до 810 ... 845 МПа при

испытаниях до разрушения после длительной выдержки нагрузки. Таким образом, можно констатировать наличие высокой эффективности использования высокопрочных термоупрочненных сталей класса Ат - VI в качестве продольной арматуры колонн при обычном поперечном армировании в виде вязаных хомутов, расположенных на расстояниях, предотвращающих выпучивание продольной арматуры.

7.Исходя из результатов испытаний для наиболее неблагоприятного ( с точки зрения полноты использования прочностных свойств арматуры ) режима длительных испытаний, характеризующегося неоднократными периодическими разгрузками, можно рекомендовать в качестве расчетного значения предела прочности при сжатии для армахуры класса Ат - VI величину 800 МПа.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Захаров В.Ф., Омар И.М. Влияние эксцентриситетов на длительное сопротивление гибких железобетонных колонн./ в кн. Тезисы докладов конференции молодых ученых и специалистов Тверского региона, Тверь: ТГГУ, 1995, 117с.

2. Омар И., Захаров В.Ф., Мазурова C.B. Длительное сопротивление колонн с высокопрочной арматурой режимным нагружениям. - Тверь: ТГГУ, 1997,-Зс,-Рус.- Деп. в ВИНИТИ. 27.03.97;№966-В97.

3. Омар И., Захаров В.Ф. Экспериментальное изучение кратковременного сопротивления осевому сжатию железобетонных стоек с высокопрочной арматурой. - Тверь: ТГГУ, 1997,-Зс,-Рус- Деп. в ВИНИТИ 27.03.97, №965 -В97.

4.0мар И., Мазурова C.B., Захаров В.Ф. Напряженно-деформированное состояние сжатых колонн с высокопрочной арматурой. / Совершенствование форм строительных конструкций и методов их расчета. В кн. Сб. трудов инженерно-строительного факультета ТГГУ. Тверь, 1997,- 4с.

В перечисленных работах автор принимал равное участие с остальными соавторами.