автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Деформативность и прочность плосконапряженных железобетонных дисков с трещинами при различных режимах нагружения

РГ6 од

ОДЕССКИЙ ИНЖЕНЕРНО - СТРОИТЕЛЬНА ИНСТИТУТ

)

На правах. рукописи

МУ/ К03Д0БА Игопь Николаевич

Г

" . УДК 624.012.43.044:539.376

ДЕЗОРМАТИВНОСГЬ 'И ПРОЧНОСТЬ ПЛОСЮНЛПРЯйЕНКЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ДИСКОВ С ТРЕЩИНАМИ ПРИ РАЗМЧШХ РЕБШХ НАГРУЖЕНИЯ

Специальность 05.23.01 - строительные конструкции,

здания и сооружения.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой стегени кандидата технических наук

Одесса - 1993

Диссертация -является рукописью. Работа выполнена В Одесском инженерно-строительном институте.

•Научный руководитель - Заслуженный деятель науки Украины,

доктор технических наук, профессор

И.Е.ПРОКОПОВИЧ.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор - С.Ф.КЛОВАШЧ,

- кандидат технических наук, доцент В.Т.БУГАЕВ.

Ведущая организация - Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт морского транспорта "ЧерюиорНШпроект". Украина, г.Одесса.

Защита состоится . в // часов на заседании специ-

ализированного совета Д Ou8.4l.OI в Одесском инженерно-строительном институте по адресу: 270029,Одесса,ул.Дидрихсона,4,ОИСЛ.ауд.210.

С диссертацией мо«но ознакомиться в библиотеке Одесского инженерно-строительного института по адресу:270029,Одесса,ул.Дидрихсона,4,0Ш1.

Автореферат разослан 30 Чаз^а^яээзг.

Ученый секретарь ' специализированного совета, кандидат технических наук,доцент

М-а^жЛ*. Н.Д.ШАХОВА.

ОНЦАЬ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из путей повышения эффективности строительного производства снижения себестоимости строительства является совершенствование методов расчета строительных конструкций гражданских и промышленных зданий л сооружения. Получавшая в настоящее время существенное развитие теория расчета плосонапряненных яелезобетонных конструкций с учетом действительной ориентации трещин /балки-стенки, несущие стеновые па .ели, перегородки, диит.рагш, ядра жесткости, вертикальные стены бункеров и т.д./, разработана з НИИйБе Госстроя СССР. Но ещв недостаточно экспериментально исследованы некоторые параметры теории и работа плосконапр.ленных конструкций с тг^щинсии при действии длительных нагрузок высоких уровней, полных разгрузок, малоцикловых нагрузок. Достоверная оценка количественного и качественного изменения нчлряженно-деформ розанн^-го состояния конструкций при постоянных и переменных во времени длительных нагрузках, встречающихся а практике эксплуатации, позволит уточнить методики расчета деформативности и прочности пл окона пряженных элементов железобетонных конструкций, способствовать надежности проектных решений.

Целью диссертационной работы является:

- изучение деформативности и прочности плосконапрякенньгх келезобе-тонных элементов с трещинами на фрагментах келезобетонных балок-стенок - растянуто-сжатых яелезобетонных дисках с трещинами при действии двухосных кратковременных нагрузок, задаваемых по различны?.! траекториям, постоянных и :<алоцикловь.х длительных нагрузок и их сочетаний;

- сопоставительное изучение деформативности и гючнигти бетонных и армированных "призм при действии постсяннь?: и-малоцикловнх длительных нагрузок еьгсоких уровней.

Автор защи11 'пет:

—.результаты экспериментэль ых исследований деформативности и прочности растянуто-сяатых железобетонных дксктГ с непересекающимися трещинами, бетонных и армированных призм прч- действии кратковременных, постоянных и малоцикловкх длительных нагрузок высоких уровней;

- предложенные на основании анализа опытных'данных методики и зависимости для определения деформативности прочности бетона и плог-конапрятскного железобетона с трсдинами при действии крэтковрэмен-ных, постоянных и переменных длительных нагрузок высоких уровней.

4 -

Научную новизну работы ¿оставлю?1:

- экспериментальные- данные о деформативности и прочности бетонных, железобетонных одкоосно сжатых призм и растянуто-сжатых по различным траекториям железобетонных дисков с непересекающимися трещинами при действии кратковременные, постоянных и'малоцикловых длительных нагрузок высоких уровней;

- рекомендации по учету постоянных и переменных длительных нагрузок при определении деформативности бетона и железобетон^тс дисков с трещинами;

- рекомендации и зависимое-™ для определения прочности бетона и железобетона с трещинами при различных траекториях и режимах загружен 1 по стоящими к малоцикловыни длительными нагрузками.

Практическое значение работы: Полученные опытные данные, предлагаемые методики и зависимости позволяют уточнить рад положений расчета деформативности.и прочности железобетона с трещинами при различных кратковременных, постоянных и малоцик.говых длительных нагрузках растяжение-сжатие высоких уровней. .Результаты экспериментальных ис . .едоваиий и рекомендации по определению деформативности и прочности растянуто-сжатых келезобе-тошых дисков использованы Донецким ПромстройНИИпроектом при расчете и проектировании башенных шахтных копров.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссартаци-оной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и сове' щаниях: на научно-практической конференции "Совершенствование мето-' .дов рршета и проектирования современных■ видов.строительных канет-' рукций"-г.Ровно,1988 г.,на республиканской конференции "Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные виды деформаций, и их внедрение в строительную практику"-г.Полтава^1989п, . .на'координационном совещании комиссии по длительной прочности бетона секции )Г;1 Научно-координационного совета по бетону и железобето-• ну-Госстроя СССР-г.Одесса, 1989г.,на Х1У1 и ХУШ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Одесского инженерно-строительного института,-г.Одесса, 1989,1991г.; на совмест-к,ног.< координационном совещаи ( Комиссии по монолитным железобетонным

- сооружениям баменнсго ипа и по пространственным .оьструкциям Науч-110- оордииг.циош-'ого совета По бетону и железобетону Госстроя СССР

- нос Урусино, Донецкой обл.,1991г.

СЧ'Ы'ь: уыютм. диссертация состоит из введения, четырех гхав, .•»аклкченнч, списки использованной литературы: страниц - 146, таблиц

- 1ч, рису,-¡коп - 47,' библиография из ПО позиций.

По теме диссертации опубликовано три статьи.

Работа выполнена в соответствии с планом кг.учных исследоганий кафедры строительной механики по проблеме "Блинн..е длительных процессов на деформатиЕНоеть, прочность и устойчивость строительна конструкций"/1931-1990г.г./ в рамках пяана фундаментальных исследований Минвуза Украины по теме "Механика длительного разрушения бетона-и ее практическое применение"/1988-19ЭСг.г./ и по теме "Методы расчета несущей способности бетонных и ■ злезобетонных конструкций, учитывающий реальные рея мы возведения и воодейств"Я внешней среды"/1991-1993г.г./.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному консультанту д.т.н.,проф.А.Ф.Яременко за оказание помощи и содействие при выполнении данной диссертационной работы.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Сзстоянио вопроса. Экспериментальчо-те ретическим исследованиям деформативности и прочности одноосно сяатого бетона при действии постоянных и мэлоцикловых длительных нагрузок посвящены работы С.В.Александровского А.Гвоздева,И.И.Улицкого,О.Я.Берга,И.Е.Лроко-Повича.В.Я.Багрия.К.С.Карапетяна.А.Я.Егрэиикова.В.М.Бсндаренко,

A.Е.Шейнина,П.И.Васильева, Фрейденталя.Ролля,К. З.Галуоторч,.7.И.Кати-на,И.И.Темнова, А.Ф.Яременко,М.М. Заставы,В.М.Кобринца, В.Г.Щелкунов^., С.Ф.Кловаиича,Л.П.Макаренко т).®.Мазура,Иг.Ил.Темнова,Л,В.Черной, Л.И.Твардовского и других авторов.

Изучением плоского напряженного состояния железобетоне с трещинами занимались Л.А.Гвоздев,Г.А.Гение_в,В.С.Здоренко,С.М Крылов, Н.И.Карпенко.И.Н.Кедич^^Я.Кублинь.Г.А.Муха^едиев.Е.Петер.Н.Раии,,.

B.И.Соломин.Л.П.Тралезников и другие авторы. Наиболее полно особенности деформирования и сопротивления плоскостных коьерукций учитывает теория деформирования железобетона с трещинами, разработанная а;А.Гвоздевым и Н.И.Кгрпе1:ко,н в дальнейшем развитая при мнительно к расчету яелезсоетонных конструкций различных классов в работах Н1И.Карпенко, его учеников и последователей.^ Основные полияения расчета и пер;\метри этой теории при длительном действии нагрузки разработаны и развиты И.Е.Прокоповичем.А.Ф.Яременко,Е.У.Еньковьтм,Л.М.Гри-горьянц,Н.И.Гусейновым,А.Я.Мельником,В.С.Гапшенко.

Принятая методика испытаний учитывает существующий опыт иссле • дований плоскостных железобетонных конструкций, накопленный, в чинности, в НИИКБе и Одесском инченерно-строительном лнетитуте. 0

В диссертации описаны методики испытаний бетонных 14 армированных Г.риз!-/7х7х30см/и растянуто-с;гатых железобетонных дисков с непересекающимися трещиншлц/7х30х30см/, армированных одинарной ееткой,

- б -

где стержни одного из направлений наклонены к трем непересекшощим-ся тре-.цин£Л. под углом 4Ь°или 90°. С^г р^эрдней сетки дисков Ди -7,5см,для дискос Дк - Ь и 8 см.Тре:пины инициировали ослаблением бетонного сечения целлулоид:.ыми линейками/рисЛ./• Испытано: призм бетонных - 96, железобетонных. - 12, дисков - ~0, кубов - 72 шт.Сетки дисков изготовлены из арматура периодического профиля класса А-Шв 06мм. Тяжелый бетгч класса ВЗО изготавлиячли портландцемента активностью 40 Ша; морского пеока с модулем крупности 1,69; гранитного щебня крупное ыо от 1,5 до 20ш. Дозирование компонентов бетона по массе /ц:п:щ/= 1:1,6:3 при В/Ц=0,48.

Краткогреметшые загружения дисков проводили по различным траекториям: только сжатие, только растяжение или сжатие и растяжение поочередно ступенями /"простое" загружение/.Для сопоставления с результата} -ч испытаний других аьторос, также загружали по "сложным" траекториям - сначала растягивагацил.и усилия;«!! до уровня 0,5, а затем -'снимающим)' до разрушения. Постоянные и малоцикловые нагрузки прикладывали по "простым" траектор лм, как наиболее соответствующим -ре'альной рабо'те фрагментов железобетонных конструкций. Режимы испы-.таний призм и дисков приведены на рис.2.

С поыотыо индикаторов часового типа и тензорезистороа измеряли продольные и поперечные дефошации призм, дисков, полос бетона . иевду трещинами, арматуры в трещинах и в полосах бетона. Измеряли танке зирину раскрытия трещин. Величины длительных нагрузок, соответствующих требуемым уровням,.оппеделяли по результата!.; кратковре^ менных испытгший и корректировали по р зультатам ультразвуковых оо-следонаний вг^х образцов рассматриваемой серии.

. Часть, из полученных экспериментальных данных приведена на рис.3,4 - деформ-ативность.рис.Ь ..8 - прочность, где они сравниваются с результатами расчета.

Для описания деформаций дисков можно использовать зависимости, полученные ранее для случаев кратковременных или длительных постоянных нагрузок* :

Сп=сп.б„ + с ебе - . /I/

гх,е коэффициенты Л, , СпЕ, Сб .тлеют вид: С - ' .Ху УЛ,

/уЕь"^' . /2/

с**-о,гСЕ

РвдЛ. Схеия армирования1и раснопояения тензгютчпков на асматупе дисков: а) /■>< и б"1 Дп

Точки I 4-* 7 - текзорезие-орн -в трешнче, 9,10 - на • ' ра"тяиутп:"| и на саптой арматуре в бетон-. , II - голова бетона кечцу трещин*, т2 - лкнелки, оодабляя-И!:е сечение, 13 - нетаплич^скке тастиккк, предот-,.. враьчавпге сближение стержней. й - трс зрей, распределявшие на арматуру растггиваю'лие усилия.

О4

1 ¥ >08

1=

5)

-Л.

-И-

ЦУ

я

д

4

б

15

¿А

Рис.2, Схемы режимов испытаний образцов: а) кратковременный'до раз рушения /Л / ранее не загружавшихся, б) малоцшсловыйс периодом Т, количеством циклов П , в) постоянный длительный /точки 5,6/, . г) кратковременное догружение до разрушения.

. Анали деформативпости призм и колос бетона между трещинами .дисков, испытанных малоцикловыми нагрузками, позволил предложить • зависимости для описания кооофициента изменения начального модуля упругости бетона \)ь , входящего.в зависимость /2/. На 1-м цикле величина заменяется: для загрузок на^Д) ,для разгрузок - на^,(

лМ1) - 0,00*1. 4 . '. /3/

' . Мера ползучести бекона С при постоянных длительных напр) кенмях уровня 0,6 описана зависимостью: -

/4/

. При действии малоцикловых нагрузок величина С("Ь +-) оерется из зависимостей, записавших с учетом предложений М.М.Заставы. Пос, Первого цикла нагружения: ■

1

о

С^ФСМ-О^С^) для ИгЪ = = I сут. '

для гг^ъч,- в сут.

Деформации ползучести бетона для последующих циклоз определяются как алгебраическая сумма деформаций на. всех полуциклах нагружзний:

для =1,-1^ =Т/2=1сут.| =0,46; для Т/2=8сут. <?=0,41 Коэффициентами )С;(СС1)учтено влияние режима загруиения. Значения коэффициентов приведены в таблице.

Таблица.

Номер!- ] ! ! ! !

цикла! I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! б ь ! ! ! ! I !

I

7 I 8

|<ре(1) 0,79 0,65 0,56 0,50 0,45 0,43 0,41 0,41 КьгСО 1.21 1,13 1,06 1,01 0,97 0,93 0,90 0,87

Неличины деформаций бетона для одного из режимов малоцикловых нагрузок представлены, на рис.3.

Коэффициент^ ' .учитывающий силы зацепления бетонных мостиков в трещине при действии малоцикловых нагрузок "растяяение-сжатие" для 4-х цик.г.пз испытаний описан следующими зависимостями /рис.4./:

где - уровень растягивающих напряжений, - уровень деформаций.

Прочность растянуто-сжатых яелезобетонных дисков с непересекающимися трещинами зырааена сочетанием взаимозависимых предельных величин напряжений 11 ; она описана на .основании предпосылок и зависимостей, предложенных Н.И.Карпенко. Для определения прочности дискс по 'растянутой- арматуре в трещинах при </=90°и оС=45° получена упрощенная зависимость: <

'<0* ^ й«^«/*«^ \ /3/

где ^ = 0,9^ -20^и • ' /9/

Условие прочности полос бетона между трещинами для дисков с о^=4о°и </=90°:

бг + , /Ю/

О 16 32 • 48

Рис.3 .Описание деЛюркациГ: бетона при действии иалоц.даовых нагрузок: I - упругие при загрукении,2 - уипугие ¡рч разгрузке,3 - ползучести при малоцикловой нагрузке- ползучести при постоянной длительной нагрузке уровня 0,8 от призренной прочности бетона.

0,1

-005

Рис,'4. Изменение сил зацепления бетонных мостиков, з треиине "\)зя рас-тянуто-скатого киска дп при дейстгии малоцютозой нагрузки п.-.> Ъ циклов),подсчитанные: по зависимостям (?)(--) и по опытным данным (---).Соответственно обозначены-для номеров циклов:I -<>о,2-л.&,

3 -НО ,Ц -Чу ,

или, выраженное через прочность бетона, принимает вид:

/и/

Здесь; коэффициент условий работы бетона, учитывающий дей-

ствие ортогональных растягивающих нрпретений уровня 1! наличие трещин; - коэффициент условий работы полос бетона, дополнительно учитывающий наличие арматуры. Они описаны зависимостями:

^ьР»098-(Ц?-0,007)^" ' " " /12/

где = <Ок/ йд (ГЦо) .- уровень растягивающих напряжений, : висящий от прочности растянутого диска ^(л.,о) , соответственно Дк пли Дп. Кратковременная прочность дисков в восрасте Ь>28 сут. определяется при замене п зав! хмости /10/ или /II/ величины ^зв) прочностью бетона , где - функция роста призмен-

ной прочности незагружавиегося ранее бетона во времени:

/14/

При дейстзии постоянных длительных напряжений ^ .превьтапсщих

___предел длительного^ сопротивления бетона^сжатию /уровень ^

диски разрушаются через интервал времени .В этом случае прочность дисков определяет по зависимости /10/ или /II/, заменив величину на величину действующих напряжений РогД"Сс)м]|. При этом время до момента разрушения можно определить из зависимости:

1|сз(1:-"/-4=£)<32 - 00//#г(Ко), где 1 в сутках. /15/

При действии постоянных длительных непряжений уровней ф^^** прочность растянуто-сжатых дисков в возрасте Ъ определяли путем догружения по заданной траектории. В этом случае для определения прочности необходимо в зависимости /10/ или /II/ заменить величи- ' ну а про .костью бетона при догружении йот^/Е^. Испытания одно-осно слатых бетонных призм постоянными длительными напряжениями

см I

уров':зй <Г|/ при догружении в возрасте Т показали наличие дополнительного упрочнения, помимо "естественного" роста прочности бе*-тона во времени. Опытные данные прочности бетона при догружении з различных возростах 't /^^23 сут./ описаны эазиснмостыэ/рнс. 5,6/:

/16/

(Vе). /"/

Прочность дисков при догрубениях после действия малоцикловых нагрузок определяли, заменяя в зависимости /10/ или /II/ величину Бь на прочность бетона после свершения Í -го цикла R (^>1, Испытания бетонНих призм малоцикловыми нагрузками позволили оценить влияние разгрузок на уменьшение прочности и предложить зависимости, для определения прочности R (д^ L/T, rx^to,^) :

/ib/

где при J.. /19/

ибе'Ш - полные и остаточные продольные деформации, сформировавшиеся на I -м цикле соответственно до начала разгрузки и к моменту окончания цикла "ti -аналогично остаточные поперечные деформации полосы бетона, в сильной степени з .висящие от наличия И величины макротрещин в образце /££ /£.£ » 0,2 -f 0,4/.

Опытные и расчетные данные кратковременной прочности дисков для различных траекторий загружений приведены на рис.7, прочности после действия различных длительных режимов загружений - на рис.8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Работа посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям деформативкости и прочности плоских железобетонных дисков с непересекающимися трещинами при различной ориентации арматуры к тро-щиие для случаев действия кратковременных нагрузок "растяяецие-сжатие",изменяющихся по различным траекториям, а также постоянных

и малоцикловых длительных нагрузок высоких уровней.Одновременно исследована работа для аналог 'чних ренимов загрухгений одноосно сжатых бетон.¡ых и армированных призм, моделирующих работу полос бетона между трещин.

2. Получены массивы новых экспериментальных данных о деформа-тивности и прочности железобетонных дисков с трещинами и арматуры для рассматриваемых траекторий и'режимов, загру-сений. Такие получены величины предельных.деформаций дисков и призм при действии малоцикловых и постоянных длительных нагрузок, при догружениях.

Кратковременные и длительные деформации сжатых призы и полос бетона дисков мекду трещинами при действии малоцикловых нагру.-эок рекомендуется определять с использованием зависимостей /2/ и /3/, а такие моделей мультипликативного вида /4*6/, апробированных на одноосно снятых призмах.

4. Выявлены значительные остаточные деформации дисков в направ лении растягивающих усилий, формирующиеся угсе после первой разгруз-

с КЙЛ)

р со

Sii.it)

Рис. 5. Зависимость прочности бетонных призм при логруиекик

М

I

12 )

I 0,8

Рис. С. Изменения прочное л бетонных призм го времени при дей-*

ствин длительных напряжений = сопг!: (по 16,17). и рост прочности^*.

■£,«=28 сут

г =180

^=1,1646 >Н152):

1=210

3,6547

к

£=1.1»

де°(Г70)ф,6635

Г 11

г «2чо

4 и«

•)1°(1£0)0,6б29 I 02

ф__С

7 08

-со «

5—

о

от уровня длительных напряжений ^ (по формуле 16.).

сут. •

г[=07

- — -

--- . --- __^ ^с=067 *

разг рпенкс — У, -

600 —

адо

гоо

Рис.7.Кратко временная прочность диско а, растянуто-сьатнх по "простым" траекториям/3.143.II/ в возростах:о4в -30сут,л^&-50т70^ -100+ ■120,0а -210сут.; по "слокной" траектории/Э.5/. Кривые прочности полос бетона,по формулам (11,13) и слагаемое по СЮ, 12).

N.

90 60

N

го

60

•ш

ш_

20 . 50. 100 12 210

Рис.8. Длительная прочност? диском Дк и Дп, испытанных по рекимам: о -кратковременные.V д -малоцикловне.-^и -постоянные длительные,

а. оу,Д,0, □,[>,<>

-малоцикловые, затем постоянные цлительш. - соответствующие расчетныеС8Я9).Траектории загрукении -"простые".

ки при действии малоцикловых нагрузок, что вызвано неполным закрытием трещин. Для учета отого эффекта при определении деформаций н направлении растягивающих усилий предложено учитывать с помочью коэффициента, учитывающего силы зацепления берегов трещин N^,(0 А/ .

5. Кратковременная прочность дисков с трещинами описана зависимостями, которые учитывают: угол наклона арматуры в трещинах, возможность разрушения по растянутой арматуре з трещит« /0,9/, или разрушения полос бетона /10,11/, где учтено влияние "простых" траекторий .загруиения /12,13/, зависимость от призменной прочности бетона /14/, отдельно учтено действие .растягивающих напряжений, арматуры и разрыхление арматурой берегов трещин /13/.

6. Предложена и проверена методика описания прочности дисков при дсгрукении после действия постоянных и малоцикловых длительных нагрузок, основанная на замен« в общих зависимостях /10,11/ кратковременной прочности бетона Йь на соответствующую условию загруне-ния: длительную прочность й^)■ Г]е согласно /15/, либо прочность при догрукении1?:(^)/1б,17/, или /18>19/-

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Яременко А.Ф.,Коздоба И.Н. Прочность сяатого бетона при догружении после длительного действия нагрузок различных уровней//Те-зисы докладов на научно-практической конференции "Совершенствование методов расчета и проектирования современных видов строительных конструкций"-Ровно,1988,-с.116-117.

2. Коздоба И.Н. Влияние длительных и малоцикловых нагрузок на прочность и предельную деформативность тяжелого бетона//В сб. Резервы прочности бетонных и яелезобетошщх конструкций. -К.Л/К В0,198Э, -с.41-45.

3. Яременко А.5.,Коздоба И.Н. Прочность железобетонных дисков с трещинами при действии длительных и малоцикловых нагрузок//Тези-сы докладор на республиканской научно-технической конференции "Совершенствование нелезобетонных конструкций, работающих на сложные вида деформаций, и их внедрение в строительную практику",-Полтава, 1989,-с. 196-197.