автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Длительная прочность и напряженно-деформированное состояние анкеровки арматурных стержней периодического профиля акриловыми клеями

ПОЛТАВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

РГо ОД

ФАМ МІНЬ ХА

УДК 691.58.668.3

ТРИВАЛА МІЦНІСТЬ ТА НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН АНКЕРУВАННЯ АРМАТУРНИХ СТЕРЖНІВ ПЕРІОДИЧНОГО ПРОФІЛЮ АКРИЛОВИМИ КЛЕЯМИ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПОЛТАВА-2000

Дисертацією е рукопис.

Робота виконана у Харківській державній академії міського господарства, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, професор ЗОЛОТОВ Михайло Сергійович, начальник науково-дослідного сектора Харківської державної академії міського господарства

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор ЧИХЛАДЗЕ Елгуджа Давидович, завідувач кафедри будівельної механіки Харківської державної академії залізничного транспорту

- кандидат технічних наук, доцент МИТРОФАНОВ Віталій Павлович, доцент кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка

Провідна установа - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, кафедра залізобетонних і кам’яних конструкцій, Міністерство освіти і науки України, м. Харків

Захист дисертації відбудеться «ЗО » травня 2000 р., о 13— годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 44.052.02 при Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою:

36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою:

36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.

Автореферат розісланий « 2£ » квітня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У зв’язку з необхідністю капітального ремонту та реконструкції існуючих будівель і споруд актуальним і перспективним є застосування анкерування арматурних стержнів періодичного профілю акриловими клеями. Запропонований метод характеризується відсутністю складних підготовчих процесів, істотним скороченням витрат сталі та трудовитрат, строків будівництва та реконструкції будівель і споруд з найменшими затратами. Для цього потрібний метод розрахунку анкерного з’єднання, що базується на розрахунковій схемі, яка достатньо відбиває реальні умови роботи клейового анкера, що дає змогу більш раціонально підійти до питань анкерування. Необхідно також визначити короткочасну і тривалу міцності клейового анкера у випадку застосування акрилових клеїв різного складу.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана за координаційним планом Міністерства освіти і науки України, завдання 21 - “Створення нових технологій, методів організації та механізації будівельних процесів, що забезпечують ефектівність будівництва та модернізацію будівель і споруд”.

Мета і задачі дослідження. Здійснити комплексні дослідження анкерування арматурних стержнів у бетон акриловими клеями (звичайного складу і модифікованих) з метою визначення напружено-деформованого стану з’єднання у випадку впливу на анкер тривало діючого висмикувального зусилля, тривалої міцності клейового анкерування, визначення розрахункових зусиль на нього. При цьому:

1. Методами теорії пружності одержати рішення, що дозволить описати напружено-деформований стан анкерного з’єднання на акриловому клеї при впливі на арматурний стержень тривало діючого висмикувального зусилля.

2. Виконати теоретичні дослідження напружено-деформованого стану анкерного з’єднання у залежності від тривалості дії висмикувального зусилля, геометрії з’єднання, зміни фізико-механічних властивостей акрилового клею у часі.

3. Експериментально дослідити тривалу міцність і деформативність клейового анкера.

4. Для можливості виконання інженерного розрахунку анкерного з’єднання встановити розрахункове зусилля на клейовий анкер у залежності від тривалості терміну його експлуатації і геометрії з’єднання.

5. Провести дослідно-розрахункове впровадження клейового анкерування арматурних стержнів класу А-ІІІ для з’єднання, кріплення, ремонту, відновлення і зміцнення бетонних та залізобетонних конструкцій.

Наукова новизна одержаних результатів:

- розв’язана вісесиметрична задача теорії пружності про розподілі напружень і переміщень в елементах з’єднання анкер-клей-бетонний масив при дії на арматурний стержень тривало діючого висмикувального зусилля;

- теоретично досліджено напружено-деформований стан у залежності від віку акрилового клею, часу дії висмикувального зусилля, геометричних характеристик з’єднання;

- експериментально досліджені несуча здатність та деформативність анкерування арматурних стержнів періодичного профілю при використанні модифікованих акрилових клеїв під дією статичних короткочасних навантажень;

- визначені тривала міцність клейового анкера і деформативність при дії на арматурний стержень тривало діючого висмикувального зусилля;

- оптимізована геометрія закладання арматурних стержнів у бетон акриловими клеями різних складів.

Практичне значення одержаних результатів:

- запропонована методика визначення напруженого стану в елементах анкерного з’єднання;

- визначено розрахункове зусилля на клейовий анкер;

- сформульовані рекомендації щодо визначення геометричних розмірів клейового анкера.

Результати дисертаційної роботи застосовані при реконструкції насосної станції другого підйому магістрального водоводу з каналу Дніпро-Донбас до м. Харкова, а також фундаменту під крупний агрегатний верстат на підприємстві ВАТ «Харківський електромеханічний завод».

На захист виносяться:

- результати комплексного теоретичного дослідження напружено-деформованого стану’ анкерування стержнів періодичного профілю класу А-ИІ акриловими клеями залежно від фізико-механічних характеристик конструктивних елементів та їх геометрії у випадку впливу на стержень тривало діючого висмикувального зусилля;

- результати експериментальних досліджень несучої здатності та деформативності анкерних з’єднань на акрилових клеях різних складів при закладанні арматурних стержнів класу А-ІІІ у масив бетону або залізобетону;

- методика розрахунку анкерування арматурних стержнів класу А-ПІ акриловими клеями різних складів у залежності від геометрії анкерного з’єднання та фізико-хімічних властивостей його елементів.

Особистий внесок здобувача виявляється в обгрунтуванні використання вісесиметричної задачі теорії пружності для теоретичного дослідження напружено-деформованого стану анкерування арматурних стержнів акриловими клеями у випадку впливу на анкер тривало діючого висмикувального зусилля, а

з

також у виконанні експериментів по визначенню короткотривалої та тривалої міцності клейового анкера і його деформативності.

Апробація результатів дисертації. Результати теоретичних та експериментальних досліджень доповідалися на науково-технічних конференціях Харківської державної академії міського господарства (1996, 1998, 2000 pp.), IV Українській науково-технічній конференції «Застосування пластмас у будівництві та міському господарстві» (м. Харків, 1996 p.), І Всеукраїнській науково-технічній конференції «Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону» (м. Київ, 1996 p.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 статей, 7 тез доповідей, одержано патент на винахід Російської Федерації.

Обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти глав, висновків, списку використаної літератури з 159 найменувань і пропозицій. Всього в ній 154 стор., в тому числі 122 стор. основного тексту, 47 рисунків, 10 таблиць. У додатках містяться вирази для розрахунку напружень і переміщень, опис програмного забезпечення для розрахунку напружено-деформованого стану в елементах анкерного з’єднання, егпори розподілу напружень і переміщень на контакті клей-анкер і клей-бетон -13 стор., акти про впровадження - 2 стор.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першій главі здійснено огляд літератури про дослідження в області анкерування арматурних стержнів за допомогою клеїв, що вказує на експериментальний характер більшості робіт. Хоч розв’язанню деяких вісесиметричних задач теорії пружності, які описують напружено-деформований стан анкерних з’єднань, присвячено ряд робіт, все ж теоретичним питанням анкерування приділено мало уваги.

Анкерування арматурних стержнів акриловими клеями, що добре зарекомендувало себе на практиці, потребує дослідження напружено-деформованого стану при тривалій дії висмикувального зусилля. Крім того, необхідно знати тривалу міцність і повзучість клейового анкера у випадку застосування акрилових клеїв різних складів. Цим і визначається актуальність роботи.

Дослідженню клейового анкерування і кріплення будівельних конструкцій за допомогою клеїв присвячені роботи І.Т.Астрової, В.Е.Басіна, Б.П.Бєлова, П.Ф.Вишневського, Е.Е.Александряна, М.С.Іванова, Т.Гараі, А.Д.Ексарьова, Л.А.Ігоніна, Е.А.Кривого, В.А.Лисенко, В.В.Патуроєва, Б.І.Когана, І.З.Барча,

І.Г.Черкаського, М.С.Золотова, Б.Ю.Пагі, Л.М.Шутенка та ін.

Огляд наукової літератури, присвяченої акриловим клеям, авторами якої є Золотов М.С., Спіранде P.O., Волювач С.В., Гарбуз А.О. та ін., показав наступне. Ці клеї мають високі адгезійні й когезійні властивості. Використання

їх для анкерування різних сталевих стержнів дозволяє створити міцне і надійне анкерне з’єднання. При цьому глибина закладання в бетон арматурних стержнів класу А-ІІІ складає 20 діаметрів анкера.

Значна кількість робіт присвячена вивченню напружено-деформованого стану і міцності таких з’єднань при дії на анкер короткочасного висмикувального зусилля.

Питанням напружено-деформованого стану клейового анкерування арматурних стержнів у бетон у випадку впливу на анкер тривало діючого зусилля, а також тривалої міцності та повзучості клейового анкера не приділялося достатньої уваги.

Як показали дослідження Смолянінова Ю.М., Золотова С.М. та інших авторів, деформації акрилового клею при тривалому навантаженні мають лінійний характер. Тому з допустимою для інженерних задач точністю у відповідності з лінійною теорією повзучості напружено-деформований стан клейового циліндра в анкерному з’єднанні можна описати залежностями теорії пружності при тривалій дії висмикувального зусилля.

У зв’язку з вказаним розглянуто рішення вісесиметричної задачі теорії пружності, що має деяку аналогію із задачею тришарового тіла. Це роботи Лівшиця П.З., Фрайфельда С.Е., Пищика Г.Ф., Когана Б.І., Іванова М.С.

Відносно анкерного з’єднання на акриловому клеї ця задача розв’язана Золотовим М.С., Душиним В.В., Пагі Б.Ю. та ін. у випадку впливу короткочасної дії висмикувального зусилля на анкер. Показано, що це рішення найбільшою мірою адекватне фізичному явищу, яке відбувається в анкерному з’єднанні. У дисертації воно прийняте як базове при розповсюдженні на випадок тривало діючого зусилля на з’єднання.

На основі аналізу опублікованих робіт зроблено висновок про те, що дослідження тривалої міцності та напружено-деформованого стану анкерування арматурних стержнів на акрилових клеях звичайних і модифікованих складів не проводилися. У зв’язку з цим визначені мета та сформульовані завдання дисертації.

У другій главі досліджено напружено-деформований стан клейового анкерування арматурних стержнів при тривало діючому висмикувальному зусиллі. Для одержання аналітичного апарату досліджень поставлена і розв’язана вісесиметрична задача теорії пружності. При цьому прийнята розрахункова схема, що являє собою тришарову систему: «бетонна оболонка -клейова оболонка - арматурний стержень». Для неї встановлено, що:

- розміри клейової оболонки малі у порівнянні з розмірами бетонної оболонки;

- арматурний стержень, клейова і бетонна оболонки працюють пружно;

- когезійна міцність акрилового клею вище адгезійної міцності контакту клей-бетон.

Враховуючи, що анкер знаходиться в необмеженому масиві, у відповідності з розрахунковою схемою (рис.1) розглядається вісесиметрична задача теорії пружності для тришарового тіла: сталевий циліндр - анкер, порожнистий циліндр - шар акрилового клею, зовнішній циліндр - бетонний масив. Така постановка задачі дає змогу найбільш строго підійти до розв’язання основних питань анкерування: визначення величини закладання анкера в бетонний масив, вплив діаметра анкера і товщини клейового шару, фізико-механічних властивостей матеріалів з’єднання на його міцність.

Напруження і переміщення виражаються через функцію напружень А.Лява за допомогою рівнянь

д\ д2_ д2ф І ...

о>= —{vA Ф-------------4; (2)

дг2

(4)

тт \ + уд2Ф \дгФ д , ...

U--------------ь [-------сои,тшт; (5)

* дг&дт v '

а (6) х Tjdr,

де r, z - циліндрична координата; г - вік акрилового клею; t - час, для якого визначається напружено-деформований стан з’єднання; т\ - вік акрилового клею, що відповідає моменту прикладання навантаження.

У виразах (5) і (6)

= + (7)

h(t)

де G - міра повзучості.

вис.тр. 2

Рис. 1 - Розрахункова схема анкерного з’єднання

У виразах (1 )-(6) Ф - функція напружень, що задовольняє бігармонічному рівнянню

А*Ф(і,г,~) = 0 (8)

Напружено-деформований стан досліджуваного з’єднання при прикладанні до анкера тривало діючого висмикувального зусилля Рвистр

описується розв’язанням диференціального рівняння (8) у частинних похідних. Практичні умови розглядуваної задачі:

- на зовнішній бічній поверхні бетонного циліндра, де г = г3, дотичні тЬп й радіальні аЬг напруження дорівнюють нулю;

- на торцях бетонного і клейового циліндра в місці виходу анкера з бетону (г = /) нормальні осьові напруження аЬ2, <тк2 й дотичні ткп, тЬп дорівнюють нулю;

- на закладеному кінці анкера (при г = 0) дотичні напруження ткг2, тЬп та осьові переміщення IV к, IV/, в клеї і бетоні дорівнюють нулю;

- на бічній поверхні анкера, тобто на контакті клей-анкер, де г-гь відповідно рівні між собою радіальні напруження asr = <т[г, дотичні напруження rsr2 = хкп, відносні осьові деформації esz = єк2 та радіальні переміщення Us - Uк ;

- на внутрішній бічній поверхні бетонного циліндра, тобто на контакті клей-бетон, де г-г2, відповідно рівні дотичні напруження ткг2 = тЬг,, радіальні напруження сг]к{ = иЬт і радіальні переміщення Uк =Ub;

- на закладеному кінці анкера при z = 0 нормальні осьові напруження сг„ дорівнюють нулю.

Враховуючи фаничні умови, після математичних перетворень одержані в узагальненому, зручному для алгоритмізації вигляді вирази для визначення напружень і переміщень.

Дослідження напружено-деформованого стану анкерного з’єднання виконані у формі розрахункового експерименту, для чого розроблена програма для ПК, блок-схема якої наведена в додатку 2 дисертації. Результати досліджень подані у вигляді епюр і графіків напружень і переміщень в клейовому шарі на контактах клей-анкер і клей-бетон. Епюри й графіки відображають вплив віку акрилового клею, тривало діючого зусилля і різних геометричних параметрів анкерного з’єднання на його напружено-деформований стан. Для зручності зіставлення різних напружень і переміщень при аналізі результатів вони демонструються не в явному вигляді, а у відносних величинах, що показують відношення напруження або переміщення в з’єднанні до одиничного нормального напруження в анкері при тривалій дії висмикувального зусилля.

Аналіз графіків максимумів і мінімумів вказаних напружень і переміщень показав наступне.

Зі збільшенням віку акрилового клею зменшуються напруження і переміщення в клейовому шарі, особливо на контакті клей-анкер. При досягненні проектної міцності акрилового клею напружено-деформований стан з’єднання стабілізується.

У результаті дії Рвис.тр., величина якого не вище встановленого

будівельними нормами, в анкерному з’єднанні відбуваються релаксаційні процеси. Особливо вони значні на контакті клей-анкер. Релаксаційні процеси закінчуються через 20...24 доби після початку дії Рвистр ■

Одночасно відбувається зростання деформацій у клейовому шарі. Вони особливо значні на контакті клей-анкер. Процес стабілізації деформацій повзучості завершується через 16-20 діб після прикладення Рвистр ■

При збільшенні глибини закладання арматурних стержнів спостерігається зменшення напружень в елементах з’єднання. Стабілізація настає при

Іанк.^ 15<4-

Зменшення товщини клейового шару дає особливо різке збільшення дотичних напружень у бетоні на контакті клей-бетон, що найбільш небезпечно внаслідок малої міцності бетону на зріз і розтяг. При товщині клейового шару, близькій до нульової, може відбуватися руйнування на контакті клей-бетон по бетону.

Дослідження впливу діаметра арматурного стержня на напружений стан з’єднання проводили у двох напрямках. Перший - при подібності геометричних розмірів анкерного з’єднання, тобто при сталих значеннях

/ 1 ■ , 1 лл ■ -

/0 = — і Іх = —. У цьому випадку діаметр стержня не впливає на напруженим

Л Г2

стан з’єднання. Але розміри свердловини в бетоні при цьому дуже великі, особливо для арматурних стержнів <18 > 2,8 см. Це неекономічно і призводить до перевитрат клею. У зв’язку з цим розглянуто другий випадок, коли подібність геометричних розмірів з’єднання порушується. У цьому випадку /0 залишається сталою, а ^ зростає із збільшенням діаметра арматурного стержня. Результати розрахунків показали, що з підвищенням сіх при постійному да напруження в елементам з’єднання збільшується. Особливо значне зростання радіальних та колових напружень у клеї спостерігається на контакті клей-анкер і в бетоні на контакті клей-бетон.

Очевидно, що збільшення значень дотичних і радіальних напружень з підвищенням /] зменшує адгезійну міцність анкерного з’єднання, інакше висмикувальне зусилля Реис тр , прикладене до анкера, зменшиться. Збільшення нормальних осьових і колових напружень у клеї істотно не впливає на міцність з’єднання з огляду на велику міцність акрилового клею на стиск і розтяг. Більш небезпечним є збільшення нормальних осьових, радіальних і колових напружень у бетоні, оскільки вони можуть перевершити межі міцності на стиск і розтяг. Очевидно, в такому випадку треба або збільшити товщину клейового шару, або клас бетону, або передбачити конструктивні заходи щодо підвищення міцності з’єднання (наприклад, армування).

Дослідження також показали, що вплив геометричних параметрів на напружено-деформований стан анкерного з’єднаня у випадку впливу на арматурний стержень Рвис.тр. ПРИ тривало діючих навантаженнях, є

аналогічним висновкам, одержаним у роботах Золотова М.С., Шутенка Л.М., ДушинаВ.В. та ін.

У третій главі наводяться результати експериментальних досліджень міцності та деформативності анкерування арматурних стержнів періодичного профілю модифікованими акриловими клеями з підвищеними адгезійними й когезійними властивостями. Дослідження проводилися у двох випадках закладання арматурних стержнів класу А-ІІІ. У першому випадку арматурні

стержні закладали в бетонний масив, а в другому - в залізобетонні зразки. Таким чином, були охоплені всі випадки клейового анкерування арматурних стержнів у бетон на практиці.

Аналіз результатів експериментів для випадку анкерування арматурних стержнів у бетонний масив показав наступне. Міцність і характер руйнування клейового анкерування арматури істотно залежать від класу бетону і глибини закладання стержня.

При анкеруванні арматурних стержнів у бетон класу В10 на глибину Іанк = 5ds значення міцності з’єднання дорівнює 238 МПа, що склало 37% від межі міцності арматури. Руйнування анкерного з’єднання вібувалося по бетону з утворенням конусного виколу. При цьому конус виколу утворюється практично на всю глибину закладання арматурного стержня. Такий характер руйнування пояснюється малою міцністю бетону.

При збільшенні глибини закладання до 10 діаметрів анкера значення міцності з’єднання склало 521 МПа, що становить 74% від межі міцності арматури.

Руйнування анкерного з’єднання проходило по бетону з утворенням у ньому тріщин і конусного виколу бетону. При цьому конус виколу виявлявся практично на всій глибині закладання анкера.

При дальшому збільшенні глибини закладання анкера до 15 і 20 його діаметрів значення міцності з’єднання зростала відповідно до 588 і 602 МПа, що склало 83,4 і 85,4% від межі міцності арматурного стержня. Руйнування з’єднання відбувалося з утворенням конусного виколу бетону і за контактом клей-бетон. Висота конуса виколу бетону дорівнює 5 діаметрам глибини закладання стержня. При глибині закладання анкера в 20 діаметрів, у двох випадках руйнування з’єднання відбувалося в результаті розриву стержня.

Зі збільшенням глибини закладання до Іаик = 15ds і Іаш = 20ds значення міцності з’єднання виросло до межі міцності арматурного стержня. Руйнування з’єднання у всіх випадках здійснювалося у результаті руйнування арматурних стержнів.

Дослідження впливу віддалення анкера від обрізу бетонного масиву на міцність анкерного з’єднання показало таке. При наближенні анкера до обрізу масиву на L =5ds дещо зменшилася міцність анкерного з’єднання при закладанні анкера в бетон класу В10 на глибину Ітк = 15ds і Іанк - 20ds. Значення міцності з’єднання знизилося відповідно до 576 і 578 МПа, що склало 82% від межі міцності арматури. Характер руйнування з’єднання аналогічний випадку закладання анкера у центрі бетонного блоку.

При закладанні стержнів у бетон класів В20 і В30 руйнування з’єднань відбувалося в результаті руйнування анкерів при досягненні межі міцності арматурних стержнів.

Слід відзначити три характерні випадки руйнування анкерного з’єднання при закладанні в бетон арматурних стержнів класу А-ІІІ за допомогою акрилових клеїв.

У першому випадку руйнування анкерних з’єднань характеризувалося утворенням конуса виколу бетону майже на всю глибину закладання анкера. Таке руйнування типове для випадків закладання арматурного стержня на глибину 10 діаметрів у бетон класу В10.

У другому випадку руйнування анкерних з’єднань мало змішаний характер: воно відбувалося з утворенням конуса виколу бетону навколо клейового анкера на глибину до 5 діаметрів і по контакту клей-бетон. Таке руйнування типове для закладання арматурних стержнів на глибину 15 діаметрів у бетон класу В10 і 10 діаметрів - у бетон класів В20 і В30.

У третьому випадку анкерні з’єднання руйнувалися в результаті руйнування арматурних стержнів. Таке явище характерне для випадків закладання арматурних стержнів у бетон класів В20 і ВЗО на глибину 15 діаметрів і більше.

Аналіз результатів визначення деформативності анкерних з’єднань (зміщення зануреного кінця анкера) у залежності від глибини закладання арматурних стержнів у бетон класів В10, В20 і ВЗО за допомогою акрилових клеїв на відстані 250 і 80 мм від обрізу блоку показав наступне.

При глибині закладання стержня Іанк > 5ds лінійний характер деформацій клейового анкера спостерігався аж до досягнення на його зануреному кінці напружень, рівних нормативному опору розтягу арматури класу А-ІІІ Rm =390 МПа. У залежності від класу бетону зміщення мали величини 0,17...0,06 мм для Іанк =5ds\ 0,125...0,048 мм для Іаик =15ds і 0,1...0,032 мм для 1анк =20ds.

При наближенні анкера до обрізу блока до 5ds зміщення зануреного кінця анкера дещо вище, ніж у першому випадку.

Експерименти також показали, що із збільшенням кількості й крупності наповнювача кварцового піску деформативність клейового анкера зменшується. Це пояснюється збільшенням модуля пружності акрилового клею. Застосований в серії IX акриловий клей мав модуль пружності Ек = 8,78-103 МПа, в серії XVII -Ек =11,67-103 МПа і в серії XVIII - Ек = 13,15 -103 МПа. У цьому випадку величина зміщень зменшувалася з 0,048 до 0,021 мм.

У результаті проведених експериментів можна зробити висновок, що оптимальна глибина закладання у пробурені свердловини в бетонному масиві арматурних стержнів за допомогою модифікованих акрилових клеїв дорівнює 15 діаметрів. .

Аналіз результатів випробувань міцності й деформативности зразків анкерного з’єднання у випадку анкерування в залізобетонні призми арматурних

стержнів показав таке.

Анкерні з’єднання при Іанк = 5ds руйнувалися в результаті руйнування за контактом клей-бетон з утворенням невеликого конуса вириву бетону навколо клейової обойми (біля зануреного кінця анкера) та тріщин у бетоні. У момент руйнування анкерних з’єднань середні значення нормальних осьових розтягуючих напружень на зануреному кінці відповідно становили 224,5 та 266 МПа.

Руйнування анкерних з’єднань при Іанк = 1(Ц. відбувалося в наслідок руйнування бетону за контактом клей-бетон з утворенням конуса вириву бетону навколо клейової обойми. При руйнування анкерних з’єднань середні значення нормальних осьових розтягуючих напружень на зануреному кінці анкера при поперечному армуванні залізобетонного зразка арматурою 0 3 мм дорівнювало as - 528 МПа, а при поперечній арматурі 0 10 А-І - as =618 МПа.

Руйнування анкерних з’єднань при Іапк =15ds відбувалося при анкеру-ванні стержня у залізобетонний зразок з поперечним армуванням 0 3 мм внаслідок руйнування бетону за контактом клей-бетон з утворенням конуса вириву навколо клейової обойми. При анкеруванні стержня у залізобетонний зразок з поперечним армуванням 0 10 А-І зразки анкерного з’єднання руйнувалися у результаті розриву анкера з утворенням конуса вириву бетону навколо клейової обойми. При руйнуванні анкерних з’єднань середні значення нормальних осьових розтягуючих напружень на зануреному кінці арматурного стержня дорівнювали: при анкеруванні з поперечним армуванням залізо-

бетонного зразка арматурою 0 3 мм as =588 МПа, а при поперечній арматурі 0 10 А-1 crs =694 МПа.

Анкерні з’єднання при Іаш =20ds руйнувалися у результаті розриву арматурного стержня з утворенням конуса вириву бетона навколо клейової обойми та тріщин у бетоні біля зануреного кінця анкера. У момент руйнування анкерних з’єднань середні значення нормальних осьових розтягуючих напружень на зануреному юнці анкера становили as ~ сгв «700 МПа, тобто дорівнювали межі міцності арматурного стержня при розтягу.

Графіки зміщення А0 незанурених кінців анкерів, закладених на різну глибину за допомогою модифікованого акрилового клею, показують, що при Іаш = 10ds і більше незалежно від характеру армування залізобетонного зразка вони майже однакові. Величина зміщення Д0 складає 0,012...0,015 мм при <т$ - 440 МПа, тобто при межі текучості для цієї партії арматури. А при as ~ Rs = 365 МПа A¡ не перевищує 0,01 мм. Тобто характер зміщень також підтверджує необхідність приймати максимальну глибину закладання рівною 15ds з використанням для цього модифікованих акрилових клеїв.

У четвертій главі наводяться результати досліджень тривалої міцності, величини і характеру повзучості клейового шару анкерного з’єднання при дії

тривалого висмикувального статичного навантаження. При визначенні його величини, прийнятої в експериментах, враховувалося, що вона має бути не менше розрахункової для арматури класу А-ИІ.

Тривалу міцність визначали на зразках з’єднань, коли арматурні стержні закладали в бетонний масив акриловими клеями звичайного і модифікований складів. Величина тривалого навантаження становила 0,9 <тв (де <тв- тимчасовий опір арматурних стержнів періодичного профілю класу А-ІІІ відповідно за Держстандартом 5781-82).

Деформативність виявляли на зразках з’єднань, коли арматурні стержні закладали в залізобетонні призми вказаними вище клеями.

Проведені дослідження показали наступне:

- тривала міцність анкерування арматурних стержнів акриловими клеями звичайного і модифікованих складів забезпечується при глибині закладання відповідно Іаш =15 і 20 ¿/л;

- при розрахунку анкерного з’єднання на акрилових клеях у випадку використання стержнів класу А-ІІІ розрахунковий опір можна приймати за БНіП 2.03.01-84* ;

- дослідження деформативності клейового анкерування арматурних стержнів при тривалому навантаженні свідчать, що вона залежить від модуля пружності клею, глибини закладання і товщини клейового шару. Деформативність клейового анкерування має три етапи: перший - інтенсивне зростання зсувних деформацій (до ЗО діб); другий - спад середньодобових деформацій (до 60 діб); третій - відсутність зсувних деформацій (у межах точності вимірів). Стабілізація деформацій повзучості у всіх випадках відбувається протягом 30 - 50 діб.

У п’ятій главі наведено дослідно-промислове впровадження анкерування арматурних стержнів періодичного профілю в бетоні акриловими клеями.

При реконструкції будівлі змішувально-реагентного господарства на майданчику насосної станції другого підйому магістрального водоводу з каналу Дніпро-Донбас до м. Харкова було встановлено 782 шт. арматурних стержнів діаметром 25 А-ІІІ і 796 шт. - діаметром 32 А-ІІІ. За їх допомогою були зведені нові монолітні стіни насосної станції. Крім того, на залізобетонному дні були змонтовані збірні залізобетонні колони, які закріпили за допомогою анкерування акриловими клеями арматурних випусків. Таким чином було встановлено 12 колон.

У цеху М-3 ВАТ «Харківський електромеханічний завод» із застосуванням акрилового клею виконані роботи по зміні конфігурації фундаменту під карусельний верстат. У цьому випадку було встановлено 1244 шт. арматурних стержнів діаметром 16 А-ІІІ і 868 шт. діаметром 20 А-ІІІ.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Для визначення напружено-деформованого стану обгрунтовано використання вісесиметричної задачі теорії пружності для трьох тіл: анкера клейового і бетонного циліндрів відповідно до розрахункової схеми, що достатньо добре узгоджується з випадком закладання арматурного стержня періодичного профілю в бетонний масив при дії на нього тривало діючого висмикувального зусилля.

2. Одержано аналітичний апарат для теоретичного дослідження напружено-деформованого стану клейового анкерування арматурних стержнів періодичного профілю при впливові на нього тривало діючого висмикувального зусилля.

3. Розрахунковим експериментом встановлено вплив фізико-механічних властивостей і геометричних параметрів конструктивних елементів на напружено-деформований стан клейового анкерування, а також віку акрилового клею і тривалої дії висмикувального зусилля.

4. Експериментальні дослідження підтвердили відповідність прийнятої розрахункової схеми анкерного з’єднання на акриловому клеї реальній конструкції, показали задовільний збіг з аналітичними залежностями, що описують напружено-деформований стан у випадку впливу на анкер тривало діючого висмикувального зусилля.

5. Теоретичні й експериментальні дослідження дозволили визначити оптимальну геометрію з’єднання:

- глибина закладання арматурних стержнів класу А-ІІІ у бетон звичайними акриловими клеями складає Іанк = 2(Ц , модифікованими - Іанк =15^;

- діаметр свердловини під арматурний стержень <іске - сІх + (0,8.. .2) см, цей розмір задовольняє міцнісним і технологічним вимогам;

- мінімальна відстань від осі арматурного стержня до краю елемента конструкції або уступу фундаменту дорівнює 5 сі,,.

6. Дослідження показали надійну роботу клейового анкера при тривалому впливові постійного статичного навантаження. При цьому повзучість з’єднання припинилася через 20...40 діб після прикладання навантаження.

7. Техніко-економічне порівняння пропонованого клейового анкера з існуючими анкерними кріпленнями свідчить про економічність даної конструкції. Виробниче впровадження її дозволило зменшити витрати металу на 10,0 т, бетону - на 600,0 м3, трудових затрат - на 1240 люд.-днів. Крім того, застосування анкерування арматури акриловими клеями дає змогу скоротити час введення їх в експлуатації у 14 разів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Фам Минь Ха, Золотов С.М. Влияние длительного воздействия выдергивающего усилия на напряженное состояние клеевой анкеровки арматурных стержней периодического профиля // Науч.-техн. сб. «Коммунальное хозяйство городов». - К.: Техніка, 1996. - Вып. 6 - С. 40-43. Обгрунтоване застосування теорії пружності для розв’язання задачі при напружено-деформований стан з’єднання. Виведення формул.

2. Фам Минь Ха, Золотов С.М. Экспериментальная установка для определения длительной прочности клеевой анкеровки арматурных стержней периодического профиля // Науч.-техн. сб. «Коммунальное хозяйство городов». - К.: Техніка, 1997. - Вып. 10 - С. 53-58. Розробка експериментальної установки. Визначення тривалої міцності при глибині закладання анкера, рівній десяти діаметрам.

3. Фам Минь Ха. Усиление сцепления арматуры с бетоном // Науч.-техн. сб. «Коммунальное хозяйство городов». - К.: Техніка, 1997. - Вып.11- С. 64-67.

4. Фам Минь Ха. Напряжения и перемещения в клеевом анкере при длительном действии выдергивающего усилия // Науч.-техн. сб. «Коммунальное хозяйство городов». - К.: Техніка, 1997. - Вып.12 - С. 64-67.

5. Фам Минь Ха. Реконструкция железобетонных сооружений с применением акриловых клеев // Науч.-техн. сб. «Коммунальное хозяйство городов». -К.: Техніка, 1999. - Вып. 18. - С. 81-85.

6. Фам Минь Ха. Деформативность клеевого анкера при длительном нагружении // 36. наук, праць «Науковий вісник будівництва». - Харьков: ХДТУБА, ХОТВ АБУ - Вып. 8 - 1999. С. 104-109.

7. Патент № 2120455 РФ, МКИ C09J 133/2. Самоотверждающаяся композиция / Фам Минь Ха, М.С. Золотов, JT.H. Шутенко, С.В. Валювач (РФ). Заявл. 14.05.97; Опубл. 20.10.98; НКИ C08L22/12. - 5с. Проведення експериментів по визначенню адгезійних властивостей акрилових клеїв різних складів.

8. Фам Минь Ха, Золотов С.М. Влияние некоторых факторов на ползучесть акриловых клеев // Науч.-техн. сб. «Коммунальное хозяйство городов». -К.: Техніка, 1997. - Вып. 11 - С. 22-26. Обробка результатів експериментів і побудова графіків.

9. Фам Минь Ха, Золотов М.С. Влияние глубины заделки арматурных стержней акриловыми клеями на длительную прочность и деформативность клеевого анкера // Тез. докл. IV Украинской науч.-техн. конф. «Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве». - Харьков: ХГАГХ, 1996. -С. 38-40. Проведення експериментів та обробка їх результатів.

10. Фам Минь Ха. Влияние возраста акрилового клея на напряженно-деформированное состояние клеевой анкеровки арматурных стержней // Тез.

докл. IV Украинской науч.-техн. конф. «Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве». - Харьков: ХГАГХ, 1996. - С. 64-66.

11. Фам Минь Ха. Усиление сцепления арматуры с бетоном акриловыми клеями // Тез. докл. XXVIII научно-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. - Харьков: 1996. - С. 48-49.

12. Фам Минь Ха, Золотов С.М. Напряженно-деформированное состояние анкеровки арматурных стержней акриловыми клеями при длительно действующем выдергивающем усилии // Тез. докл. XXVIII науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. - Харьков: 1996. - С. 50. Проведення розрахункового експерименту.

13. Фам Минь Ха, Золотов М.С. Длительная прочность, деформативность и напряженное состояние клеевой анкеровки арматурных стержней периодического профиля // Тез. докл. I Всеукраинской науч.-техн. конф. «Научнопрактические проблемы современного железобетона». - К.: 1996. - С. 106-109. Проведення експериментів та обробка їх результатів.

14. Фам Минь Ха. Характер разрушения клеевой анкеровки арматурных стержней // Тез. докл. XXIX научно-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. - Харьков: 1998. - С. 44-46.

15. Pham Minh На, Zolotov M.S. Stress when anchoring grooved steel, plates with acrylic resin // Construction - Hanoi: 1998. - № 2 - P. 12. Обробка результатів розрахункового експерименту в залежності від геометрії анкерного з’єднання.

16. Pham Minh На, Zolotov M.S. Resistance of steel anchor in concrete when using acrylic resin // Construction - Hanoi: 1998. - № 3 - P. 21-22. Проведення експериментів по визначенню тривалої міцності клейового анкера.

17. Фам Минь Ха. Методика определения деформаций ползучести клеевого анкера // Тез. докл. XXX научно-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. - Харьков, 2000. - С. 56-58.

АНОТАЦІЇ

Фам Мінь Ха. Тривала міцність та напружено-деформований стан анкерування арматурних стержнів періодичного профілю акриловими клеями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.23.01 - «Будівельні конструкції, будівлі та споруди». Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Полтава, 2000. Міністерство освіти і науки України.

У роботі подані результати досліджень напружено-деформованого стану, короткочасної і тривалої міцності анкерного з’єднання арматурних стержнів періодичного профілю акриловими клеями.

Визначено вплив ряду факторів на міцність і деформативність анкерного з’єднання: тривалість дії висмикувального зусилля, товщина клейового шару, геометричні параметри анкерного з’єднання, фізико-механічні властивості акрилових клеїв.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень визначена геометрія анкерного з’єднання.

Ключові слова: акриловий клей, анкерування арматурних стержнів, напружено-деформований стан, короткочасна і тривала міцність та деформативність.

Фам Минь Ха. Длительная прочность и напряженно-деформированное состояние анкеровки арматурных стержней периодического профиля акриловыми клеями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - «Строительные конструкции, здания и сооружения». Полтавский государственный технический университет имени Юрия Кондратюка, Полтава, 2000. Министерство образования и науки Украины.

В работе представлены результаты исследований напряженно-деформированного состояния, кратковременной и длительной прочности анкерного соединения в случае заделки в бетон арматурных стержней периодического профиля акриловыми клеями различных составов.

В результате решения осесимметричной задачи теории упругости получены выражения для определения напряжений и перемещений в элементах соединения анкер - клей - бетонный массив при воздействии на арматурный стержень длительно действующего выдергивающего усилия. Исследования напряженно-деформированного состояния анкерного соединения выполнены в виде расчетного эксперимента. Он позволяет определить влияние возраста акрилового клея, времени действия выдергивающего усилия, глубины заделки арматурного стержня в бетон, его диаметра и толщины клеевого слоя.

Экспериментально исследованы несущая способность и деформативность анкеровки арматурных стержней периодического профиля в случае использования модифицированных акриловых клеев под действием кратковременных статических нагрузок.

Определены длительная прочность клеевого анкера и деформативность при воздействии на арматурный стержень длительно действующего выдергивающего усилия в случае использования акриловых клеев различных составов.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований оптимизирована геометрия заделки арматурных стержней в бетон акриловыми клеями различных составов.

Ключевые слова: акриловый клей, анкеровка арматурных стержней, напряженно-деформированное состояние, кратковременная и длительная прочность и деформативность.

Pham Minh Ha. Prolonged durability, strained and deformed state of anchoring periodic profile reinforcement rods with acril glues. - Manuscript.

The thesis for the degree of Candidate of Science (Engineering) on the speciality 05.23.01 - «Building constructions, buildings and structures». Poltava State Technical University named in honour of Jury Kondratuk, Poltava, 2000. Ministry of Education and Science of Ukraine.

The results of the investigation on strained and deformed state, short-term and prolonged durability of anchor joint of periodic profile reinforcement rods with acril glues have been presented in the thesis.

The influence of a number of factors on anchor joint durability and deformation has been determined and particularly, the duration of pulling out effort operation, glue layer thickness, geometric parameters of anchor joint, physical and mechanical characteristics of acril glues.

The optimum geometry for anchor joint has been determined as the result of theoretical and experimental research.

Key words: acril glue, reinforcement rods anchoring, strained and deformed state, short-term and prolonged duration and deformation.