автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Исследование бессварных групповых соединений арматуры железобетонных конструкций



На правах рукописи

МОХАМЕД МЕХДИ ХАДИ

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕССВАРНЫХ ГРУППОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ АРМАТУРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИИ

05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1996

Работа выполнена на кафедре строительных конструкций и_ сооружений инженерного факультета в Российском университете дружбы народов

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Касабьян Л.В.

Официальные оппонента:

доктор технических наук, профессор H.A. Маркароз, кандидат технических наук, доцент В.А.Горбунов.

Ведущая организация О А 0 " ОРГЭНЕРГОСТРОЙ"

ЯГ)

Защита диссертации состоится "13я ноября 1996г. в 15° час. на заседании диссертационного совета Д 053.22.08 в Российском университете друкбы народов по адресу: 117302, г.Москва, ул.Орджоникидзе, 3, ауд.348.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов / П7198, г.Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6 /'.

Автореферат разослан "_" октября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

С.Н.Кривошапко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. Совершенствование строительных

конструкций и методов их возведения в значительной мере связано с решением соединений элементов. Основной задачей совершенствования соединений арматуры является обеспечение их работоспособности и надежности при минимальном расходе арматурной стали и простоте технологии изготовления. Стыкование арматуры осуществляется, как правило, либо с применением сварки, лисо без сварки - с перепуском арматуры. Реке используются специальные способы соединений с помощью муфт, гильз, винтовых соединений и т.д.

Стыкование рабочей арматура с перепуском до 50 диаметров приводит к значительному дополнительному расхода арматуры, и, кроме того, имеет ряд ограничений. Так, например, не допускается применение стыков в полностью растянутых линейных элементах. Не рекомендуется располагать стыки в растянутой зоне изгибаемых элементов, в местах полного использования арматуры. Все это существенно сникает и ограничивает возможности использования перепуска арматуры в стыковых соединениях.

Стыкование арматуры сваркой связано с трудностями, которые вызываются несвариваемостью неноторых классов арматуры, а также значительными трудозатратам! и неудобствами производства сварочных работ, снижением несущей способности свариваемой арматуры. Соединение чувствительно к знакопеременным и динамическим нагрузкам.

В обоих случаях разрушение соединений имеет хрупкий характер. Недостатки традиционно применяемых методов соединений арматуры привели к разработке новых конструктивных решений стыков. Эти конструктивные решения, в основном бессварные, приведены, главным образом, в отечественной и зарубежной патентной литературе. Большинство, рекомендуемых бессварннх решений соединений арматуры обладают рядом недостатков, связанных с необходимостью изготовления довольно сложных крепежных деталей, применения специального оборудования, невозможностью использования некоторых соединений в условиях строительной площадки, вероятностью внезапного хрупкого разрушения соединения, недоиспользованием полной несущей способности соединяемой арматуры.

В имеющейся литературе практически нет сведений, касающихся исследований прочности стыковых соединений. Также недостаточно освещены вопросы расчета стыковых соединений.

В Российском университете дружбы народов было разработано бессварнсе соединение арматуры с укороченной, по сравнению с рекомендуемой СНиП, длиной перепуска арматуры. В соединении был использован эффект обоймы, создаваемый с помощью кольцевой спиральной арматуры. Были исследованы соединения с одинаковым диаметром обоймы одиночных арматурных стержней без перепуска и с перепуском. Влияние диаметра обоймы на несущую способность соединения не изучалось. Недостаточно полно был исследован характер распределения усилий и касательных напряжений в арматуре соединения. Исследования проводились только на образцах. Конструкции с использованием предложенных решений стыковых соединений не испыгывались. Также не исследовались групповые соединения (трех и более) стержней.

Несмотря на многочисленность различных конструктивных решений стыковых соединений без применения сварки, задача создания новых и совершенствования существующих соединений остается актуальной. Целью диссертационной работы является:

создание группового соединения арматуры, обеспечивающего достаточную надежность и исключающего возможность хрупкого разрушения;

создание соединения простого в изготовлении, позволяющего существенно снизить расход материала;

возможность изготовления соединения в условиях строительной площадки с минимальными трудозатратами;

возможность использования соединения для стыковки арматуры классов А-П и выше;

проверка работы стыкового соединения в натурной конструкции; оценка несущей способности группового соединения; изучение влияния кольцевого армирования на несущую способность соединения;

экспериментальное определение характера распределения усилий и касательных напряжений по длине соединения;

разработка методики теоретической оценки напряженно-деформированного состояния соединения.

Научная новизна работы.

1. Предложение по конструктивному решению группового соединения арматуры с использованием кольцевого спирального армирования, охватывающего по внешнему контуру 3-4 и более арматурных стержня.

2. Данные о прочности стыковых соединений на основании испытаний образцов стыков арматуры различного диаметра при различной длине перепуска арматуры и различных диаметрах кольцевой обоймы.

3. Результаты экспериментальных исследований по утешению характера изменения усилий в стыкуемой арматуре одиночных стержней и касательных напряжений по контакту арматуры с бетоном.

4. Данные по прочности и жесткости железобетонных балок с предложенным групповым соединением растянутой арматуры в зоне максимальных изгибающих моментов.

5. Предложение по теоретической оценке напряжекно-деформативного состояния соединения на основе решения осесишетрнчной задачи теории упругости в цилиндрических координатах.

Достоверность результатов подтверждается испытанием 43 образцов соединения и двух железобетонных балок ;обычной и с предложенным стыковым соединением), а также сопоставлением полученных результатов с результатами аналогичных исследований соединений одиночных арматурных стержней. Теоретические исследования выполнены на основании использования известных зависимостей теории упругости.

Практическая значимость работы заключается в том, что проведенные экспериментальные и теоретические исследования подтвердили надежность и эффективность предложенного соединения и позволили рекомендовать для применения в строительстве новый вид бессварного группового соединения арматуры с применением спиралькой кольцевой обоймы. Предложенное конструктивное решение может быть использовано в болынеразмерных конструкциях, работающих в условиях динамических нагрузок, з также для укрупнительной сборки железобетонных конструкций.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований и работа в целом доложены и обсуждены на научно-технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов 1994 и 1995 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 2 статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и перечня использованной литературы (51 наименование). Она изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 14 таблиц и % приложения. На защиту выносятся:

предложенные бессварные групповые соединения с перепуском арматуры и обоймой в виде кольцевой спирали;

методика и результаты экспериментальных исследований стыковых групповых соединений образцов с различными длинами заделки при различных диаметрах соединяемой арматуры и спиральной обоймы;

методика и результаты экспериментальных исследований изгибаемых балок с групповым стыковым соединением в растянутой зоне и без него;

методика и результаты экспериментальных исследований стыковых соединений одиночных стержней с различными диаметрами обоймы и уточненные данные по характеру распределения касательных напряжений по длине соединения;

приближенный метод теоретической оценки напряженно-деформированного состояния группового стыкового соединения на основе решения осесимметричной задачи теории упругости в цилиндрических координатах с помощью функции напряжений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведен общий анализ состояния вопроса, обосновывается актуальность исследований, определяются основные направления и цель исследований, а также оценивается практическая значимость работы.

В первой главе приведен краткий обзор существующих методов соединения арматуры железобетонных конструкций. Излагаются традиционные методы стыкования арматуры, рекомендуемые нормами проектирования железобетонных конструкций: перепуск арматуры и с помощью сварки. Возникает необходимость использования других, в основном бессварных, соединений. Конструктивные решения этих соединений приведены, главным образом, в отечественной и 4

зарубежной патентной литературе. Решения можно разделить на несколько груш:

- соединения с обжимными устройствами;

- соединения с навинчиваемыми муфтами и гайками;

- соединения с расклинивающими устройствами;

- соединения с кольцевыми обоймами;

- соединения со спиральной кольцевой обоймой. К ним относится и предлагаемое групповое стыковое соединение.

Соединения с кольцевой спиральной обоймой позволяют осуществлять стыковое соединение в процессе бетонирования конструкции. Отличительной особенностью соединения одиночных стержней является установка цилиндрического спирального каркаса из кольцевой и дополнительной продольной арматуры в зоне перепуска арматуры. Каркас устанавливается на стыкуемой арматуре до зомоноличивания конструкции. Замоноличивание соединения призводится в процессе бетонирования конструкции и не требует никаких дополнительных трудозатрат. Применение таких соединений позволяет уменьшить длину перепуска и обеспечивает полное использование несущей способности арматуры как в сжатых, так и в растянутых элементах конструкции.

Эти исследования относятся'к соединениям одиночных стершей. Исследование групповых соединений является целью настоящей диссертационной работы. Применение групповых соединений /рис.I/ позволяет снизить расход арматуры за счет исключения дополнительной продольной арматуры каркаса спиральной обоймы, т.к. роль ее выполняет основная стыкуемая арматура, на которой закрепляется спиральная обойма.

На основании анализа существующих решений стыковых соединений арматуры были сделаны некоторые выеоды, основным из которых является то, что болылинстЕО рекомендуемых бессварных решений соединений требуют усовершенствования, и наиболее рациональным является соединение с применением эффекта спиральной обоймы. В ряде случаев наиболее эффективно применение групповых соединений, предлагаемых в настоящей работе.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям прочности стыковых групповых соединений. Исследованы образцы /рисЛ/ соединения арматуры класса А-1У и А-Ш, диаметрами соответственно 6 и 8 мм, с перепуском стыкуемой арматуры 20, 25 и

5

Рис.1. Конструктивная схема предлагаемого соединения»

N5—нагрузка,соответствующая расчетному сопротивлению в арматуре;

Мл-нагрузка,соответствующая временному сопротивлению в арматуре; -нагрузка,соответствующая достижению в арматуре 406 АIV нормативного сопротивления.

Рис.2, График зависимости несущей способности групповых соединений 406 А-IV от длины перепуска в соединениях: 1- без обоймы; 2- со спиральной обоймой 0 100 мм; 3- со спиралькой обо^мо* 0 100 мм, усиленной в торцевых зонах.

35 диаметров. Обойма соединения изготовлялась из кольцевой арматуры класса В-1 диаметром 3 мм с шагом спирали 30 мм. Для оценки влияния косвенного армирования на несущую способность соединения у торцов одной серии образцов спиральная обойма имела спаренные витки. Диамэтр спиральной обоймы равнялся 100 мм для соединений с арматурой 6 и 8 мм и 60 мм только для соединений с арматурой диаметром 6 мм.

Бетонирование образцов осуществлялось бетоном класса В-20 (фактический класс бетона, определенный испытанием контрольных кубиков, был В-17). Уплотнение бетонной массы производилось глубинным вибратором с приваренным наконечником.

Для испытаний образцов был использован специальный стенд, который позволял • создавать растягивающие усилия величиной до 200 кН. Нагружение производилось ступенями по 10 кН. На каждой ступени нагрукения производилась выдержка под нагрузкой в течение Ю мин., производился осмотр образца, фиксировались трещины, замерялась ширина их раскрытия. Испытание осуществлялось до разрушения образцов.

Из графиков, приведенных на рис.2, видно, что несущая способность групповых соединений 406 без обоймы возрастает при увеличении длины перепуска до 251. Дальнейшее увеличение перепуска практически не повышает несущей способности. Разрушение образцов носило хрупкий'характер.

В соединениях с кольцевой спиральной обоймой рост несущей способности продолжается с увеличением длины перепуска свыше 256. довольно интенсивно. Разрушение образцов происходило от проскальзывания арматуры по мере раскрытия продольных трещин в зонах расположения рабочей арматуры соединения. Случаев внезапного хрупкого разрушения не наблюдалось.

Диаметр спиральной обоймы мало влияет на несущую способность соединения, поэтому диаметр обоймы назначается из условия обеспечения возможности качественного замоноличивания соединения при бетонировании конструкции, что достижимо при условии соблюдения требований СНиП 2.03.01-84 по минимальным расстояниям между арматурными стержнями.

В соединениях с обоймой, усиленных в торцевых зонах, несущая способность повышалась на 6% по сравнению с соединениями, тлевшими обычную обойму. Несущая способность образцов групповых соединений

7

с кольцевой спиральной обоймой оказалась примерно е 1,5 раза больше, чем у образцов без обоймы.

Испытание соединений арматуры 408 класса A-III и длиной перепуска 25d, показали, что их несущая способность за счет использования обоймы повысилась на 55%.

Б образцах с обоймой первые радиальные трещины появились при нагрузках 30-50 кН, а поперечные трещины - при нагрузках 51-60 кН только в длинных образцах. Первые поперечные трещины появлялись в четвертях длины образца. Продольные трещины появлялись перед разрушением.

В процессе испытаний групповых соединений напряжения в арматуре класса A-IV диаметром 6 мм достигали 893 МПа, что превышало предел текучести данного класса арматуры в 1,5 раза. Проведенные экспериментальные исследования доказали возможность созданий соединений практически с полным использованием несущей способности арматуры классов A-III и A-IV.

Для испытаний групповых соединений было изготовлено 39 образцов соединений арматуры диаметром 6 мм и 8 мм, класса A-IV и А-Ш.

Третья глава посвящена исследованию работы балки с групповым соединением арматуры растянутой зоны на изгиб. Исследовались две балки длиной 1800 мм, шириной 100 мм и высотой 200 мм.

Первая балка с арматурой класса A-III диаметром 8 мм имела стыковое групповое соединение в растянутой зоне (рис.3). Длина перепуска стыкуемой арматуры была принята равной 25 диаметрам стыкуемой арматуры. Кольцевая арматура класса B-I имела диаметр 3 мм. Шаг спирали составлял 30 мм, а диаметр спиральной обоймы 60 мм. Вторая балка (обычная) была изготовлена без стыкового соединения.

Для изготовления балок использовался бетон с заполнителем из гранитного щебня.

Основной целью испытаний являлось определение несущей способности, оценка жесткости балки, изучение характера трешинообразования и сопоставление результатов испытаний балки с групповым соединением арматуры с результатами испытаний обычной балки.

На боковых поверхностях балок были установлены тензорезисторы с базой 50 мм и номинальным сопротивлением 400 ОМ.

ft)

Фъв-I

фйп-I

к

( //// ! /

50.

Su too = 600

_l_3X)50- 750

ХГ-л

6*100^ 6oo__j.

25

I

Л-Л

-100.

(cH №

-Еразр

Рис.3.Конструктивное решение балки со стыковым соединением арматуры в растянутой зоне: а- схема арматурного каркаса; б-поперечннй разрез.

1га loo 80 ео

J)

чо бо ьо ico то мм

Рлс.4. График зависимости несущей спсобности соединения от диаметра кольцевой обоймы.

TiMUa

'íao-r

Рис.5. Суммарная этора касательных напряжений в

соединении. 9

Тензорезисторы устанавливались в сечениях балок с максимальным изгибающим моментом в зоне чистого изгиба. В балке с групповым соединением была установлена цепочка тензорезисторов у нижней растянутой грани балки для фиксации момента появления трешин в бетоне. Кроме активных тензорезисторов одновременно были установлены на один из контрольных кубиков компенсационные тензорезисторы такого же сопротивления и чувствительности, что и у активных тензорезисторов.

Определение прогибов осуществлялось с помощью индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм в середине балки и прогибомеров системы Максимова с ценой деления 0,1 мм в опорных частях. На каждой опоре устанавливалось по два прогибомера, что позволяло исключить влияние перекоса на величину прогиба.

Для определения напряжений в бетоне сжатой зоны в среднем сечении балки и фиксации момента появления трещин в растянутой кромке балки было установлено 15 электротензорезисторов. В качестве регистрирующего прибора использовался автоматический измеритель деформаций АИД-4 с переключателем.

Для испытания балок был использован в качестве силовой рамы гидравлический пресс усилием 2500 кН. Нагрузка на балку передавалась в двух точках через стальную проставку.

Испытание балок проводилось три раза. При первом нагружении нагрузка доводилась до 20 кН, при втором - до 35 кН (расчетное значение нагрузки),' а при третьем - до 40 кН. Нагрукение производилось ступенями по 5 кН. На каждой ступени нагружения снимались показания приборов, а также производился осмотр балок с фиксацией трещин и замер ширины их раскрытия в двух местах.

Напряжения в бетоне замерялись в пяти точках по высоте поперечного сечения балки на расстояниях от верхней (сжатой) грани 10, 55, 100, 145 и 190 мм. По результатам испытаний были построены эпюры напряжений и прогибов в балках.

Проведенные экспериментальные исследования показали, " что деформативность балки со стыковым соединением арматуры практически не отличается от деформативности аналогичной обычной балки Величина относительного прогиба испытанных балок не превышала 1/500 при расчетной нагрузке. Подтвердилась возможность изготовления балок с групповым стыковым соединением растянутой арматуры. 10

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям зависимости несущей способности соединений одиночных арматурных стержней с перепуском арматуры и уточнению характера распределения касательных напряжений в соединении. Исследовался вопрос о влиянии диаметра обоймы на несущую способность соединения.

Исследование зависимости несущей способности соединения от диаметра обоймы проводилось на образцах соединений арматуры класса A-IV диаметром 14 мм с перепуском 30 диаметров. Кольцевая арматура использовалась класса B-I диаметром 3 мм с шагом витков 30 мм. Продольная арматура принималась такой ке, как и арматура спирали. Диаметр спиральной обоймы принимался равным 40, 60 и 100 мм. Бетонировались образцы бетоном класса В-20.

Испытание образцов проводилось на специальной установке, позволяющей создавать растягивающее усилие до 200 кН. Нагружение осуществлялось ступенями по 10 кН. На каждой ступени нагружения фиксировалось появление трещин и сколов. Измерение ширины раскрытия трещин производилось с помощью отечественного микроскопа типа МПБ-2 с 24-х кратным увеличением.

В процессе испытаний образцов с обоймой диаметром 100 мм разрушающая нагрузка составила 92 кН.

В образцах с обоймой диаметром 60 мм разрушение образцов происходило при нагрузках II5-I20 кН. В одном из образцов произошел разрыв арматуры вне стыкового соединения.

В образцах с обоймой диаметром 40 мм разрушение происходило в результате продергивания арматуры при нагрузках I08-II0 кн.

В результате проведенных испытаний было установлено, что уменьшение диаметра обоймы до определенного предела повышает несущую способность стыкового соединения. Так, при уменьшении диаметра обоймы с 100 мм до 60 мм несущая способность соединения увеличилась на 30%. Дальнейшее уменьшение диаметра обоймы привело к снижению несущей способности соединения. При уменьшении диаметра обоймы с 60 мм до 40 мм несущая способность снизилась на 8%. Снижение (сравнительно небольшое) несущей способности может быть объяснено ухудшением условий укладки и уплотнения бетонной смеси. График зависимости несущей способности соединений от диаметра обоймы приведен на рис.4. В процессе испытаний напряжения в стыкуемой арматуре достигли 750-800 Ша, т.е. значительно превышали предел текучести. Это позволяет сделать вывод о

II

возможности создания бессварного соединения арматуры класса A-IV при длине перепуска 30 й, равнопрочного с самой арматурой, что подтверждается разрушением образца за пределами стыкового соединения.

Для исследования характера распределения касательных напряжений в соединениях были изготовлены образцы соединений из арматуры класса A-IV диаметром 14 мм с длиной перепуска 30 диаметров стыкуемой арматуры и диаметром спиральной обоймы 60 мм. На арматурных стержнях стыкуемой арматуры было установлено 24 тензорезистора с базой 20 мм, номинальным сопротивлением 201,6 ОМ. На каждом арматурном стержне устанавливалось по 12 тензорезисгоров таким образом, чтобы показание их на одном стержне дублировалось показаниями на втором. Так как в каждой точке устанавливалось по 2 тензорезистора, замеры производились в ¡нести точках по длине стержней. Тензорезисторы гидроизолировались эпоксидно-каучуковым компаундом.

Испытание образцов производилось в горизонтальной установке, позволявшей создавать растягивающие усилия до 200 кН. Нагрузка осуществлялась ступенями по 10 кН. На каждой ступени нагружения давалась выдержка 10 мин., производился осмотр образца, фиксировались моменты появления трещин. Отсчеты снимались по показаниям автоматического измерения деформаций АВД-4. По результатам испытаний были построены эпюры нормальных усилий и касательных напряжений в арматурных стержнях, а так же эпюры суммарных касательных напряжений по контакту арматуры с бетоном (рис.5).

Особенностью эпюры касательных напряжений является значительная концентрация касательных напряжений в начале заделки арматурного стержня. При этом знак этих напряжений у торцов противоположен знаку касательных напряжений в основной части эпюры, в которой эпюра касательных напряжений близка к прямолинейной. Изменение знака напряжений у торцов объясняется влиянием второго стержня соединения.

Пятая глава посвящена разработке методики расчета соединения на действие выдергивающего усилия, приложенного к арматурным стержням, находящимся у внешней поверхности цилиндра в виде нескольких сосредоточенных нагрузок.

Предполагается, что эти усилия в виде касательных напряжений,

распределяются равномерно в поперечном сечении и создают нагрузку на боковой поверхности цилиндра. Это определяет граничные условия на боковой поверхности цилиндра, отличающиеся от граничных условий соединения с одиночной арматурой.

Расчет соединения может быть приведен к решению осесимметричной задачи теории упругости в цилиндрических координатах. Для решения этой задачи было использовано решение осесимметричной задачи с помощью функции напряжений, позволившее сравнительно простым инженерным методом оценить напряженно-деформированное состояние соединения.

При решении задачи задаются функции напряжений <р , количество которых должно равняться числу уравнений, удовлетворяющих граничным условиям. Наибольшую трудность в решении задач представляет выбор функций напряжений, позволяющих удовлетворить граничным условиям, которые при этом не противоречат друг другу. Количество членов и постоянных коэффициентов было задана с точностью до пяти:

1

<р - с,(3г2-2гг)22 * сл3 + с^г2г + с,(3г4-8га) + с<г2+г2) 2

7 о Л Э

Через функции напряжений и их производные можно выразить все компоненты напряжений и перемещений:

6 г Згг . , -§

и =--ггс.--с_--(г- + г*) * ос

О О 2 0 5

1 г ■> ? о -> л 32

71 - - (7-и.; (6^-122- )-(Згг-12г- )\с. г —П-2у.)С- + С 1 -I ' о

42 49

+ — (1-и.)с3 + — \(1-%1)г2 - (Г-аигг1 с4 -О С I- -'

1 А

Э ? О О

--(2Г+'Г*0 (2г- г-)ск

20 5

аг = - 12г(2[и-1)с1 бцс2 +(4\х-2)с3 - 192)хгс4 +

_7

+ Зг(г2+г2) 2 (4гг~гг)с5

о0 = -12г(2[1+1 )С1 + 6цс2 +(4\1-2)с3 - 192\хгс4 - Зг(г2+г2) гс5

ав = 24\хгс1 ± б(1-\л)с2 +4(2-\х)о3 - 192г(1~р.)с4 +

+ Зг(г2+г2) 2 (2г2-Згг)сБ

1гг = -12\1гс1 + 9бг(1-\х)с4 + Зг(гг+г2) 2 (4г2-г2)с5

Для цилиндра без кольцевой спиральной обоймы граничные условия (при начале координат на оси цилиндра в. середине соединения).были следующие:

1. Равенство нулю радиальных напряжений оя на внешней

ко

поверхности цилиндра ( г = Я0 ;:

При г = о„ - О

о я0

2. Равенство касательных напряжений т „ в бетоне и внешней

касательной нагрузки тГг; на поверхности контакта бетонного цилиндра с арматурой:

При г - Я агЯ = %(г)

Касательная нагрузка определяется экспериментально

или задается. Величина 1(г) может быть найдена, если известно приращение усилия в арматуре на рассматриваемом участке

соединения. Для этого величину А/Г нужно разделить на площадь контакта арматуры с бетоном.

Ш(г)

1(2)

№ 2%Я0

где по - радиус цилиндра;

ДЬ - длина рассматриваемого участка соединения. Если закон изменения усилия в арматуре задан аналитически, то касательные напряжения по контакту арматуры с бетоном будут:

а Щг)

%(г) =

<3г 2%Я0

3. Равенство нулю касательных напряжений у торцевой поверхности цилиндра.

При г = Ъ %гЬ = О ,

где Ь - расстояние от начала координат до торцевой поверхности цилиндра. Длина I равна половине длины соединения.

4. Равенство нулю продольных перемещений 71 в середине соединения.

При г = О П = О

го

5. В любом поперечном сечении должно выполняться условие равенства суммарного усилия в бетоне части продольного усилия в арматуре, переданной на бетон. При линейном законе изменения усилия:

2% я0 г / X о„ г з е й г = I? [1--],

о о ~ 1

где К - усилие, действующее на соединение.

Для цилиндра с кольцевой спиральной обоймой первое граничное условие заменяется условием равенства перемещений обоймы ио и внешней повепхности цилиндра и , а остальные граничные условия

сохраняются

при г = Я0 и^ = !10

Таким образом, задача приводится к решению системы пяти алгебраических уравнений для определения коэффициентов с, , с , С3 , С4 и С5 .

Рассмотрены примеры расчета соединения с параметрами испытывавшихся образцов. Длина перепуска арматуры была принята равной 35с1. Изменение усилий в арматуре принято по линейному закону. При этом касательные напряжения должны быть постоянными по длине соединения.

Для решения задачи была составлена программа. Все вычисления проведены с помощью ЭВМ. Напряжения определялись в сечениях 2 = 0 , 2.75 , 4 , 5.5 , 8.25 , II см при величине растягивающего усилия N = 90 кН для цилиндра без обоймы и с обоймой. Эпюры радиальных, кольцевых и касательных напряжений для цилиндра без обоймы приведены на рис.6 (а,б,в). Эпюры напряжений для цилиндра с обоймой мало отличаются от эпюр цилиндра без обоймы, поэтому не приводятся.

а)

, кН/см2

бе > кН/с?л2

0135 оу

О?

04

<2 аз

и

1,9 о>гб

Тгь > кП/см2

Рис.6. Эпюры радиальных(а) кольцевых (б) и касательных (в) напряжений в цилиндре диаметром 100 мм с рабочей арматурой 4 0 6"мм, класса А1У при растягивающем усилии 90 кН.

Результаты расчета соединения с параметрами испытанных образцов показали качественное совпадение • результатов экспериментальных исследований и теоретических вычислений и объясняют некоторые результаты эксперимента. Так, например, сравнительно небольшая величина кольцевых напряжений у поверхности цилиндра, получаемая по расчету, подтверждается по поздним раскрытиям продольных трещин при испытании. Увеличение кольцевых напряжений на поверхности цилиндра в торцевой части, получающиеся теоретически, подтверждаются началом разрушения образцов в торцевой зоне.

На основании анализа и сравнения теоретических и экспериментальных результатов предложенное решение осесимметричной задачи теории упругости может быть рекомендовано для оценки напряженно-деформированного состояния соединения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ й ВЫВОДУ

1. Предложено новое бессварное групповое соединение арматуры железобетонных конструкций с перепуском арматуры и кольцевой спиральной обоймой. Соединение конкурентоспособно по расходу арматурной стали с соединением, рекомендуемым СНиП, но является более надежным, исключая вероятность хрупкого разрушения.

2. Экспериментально установлено, что групповое соединение имеет несущую способность в 1,5 раза превышающую несущую способность обычного соединения с перепуском арматуры.

3. Экспериментально установлены зависимости несущей способности соединения от длины перепуска. При этом напряжения в стыкуемой арматуре превышали предел текучести при длине перепуска 20(1 для арматуры класса А-Ш и 25й для арматуры класса А-1У.

4. Экспериментально установлено, что повышение несущей способности группового соединения может быть достигнуто за счет дополнительных витков спирали в торцевой зоне.

5. Экспериментально установлено, что замоноличивание стыкового соединения мокет производиться в процессе бетонирования конструкции качественно, если соблюдаются требования СНиП по размещению арматуры.

6.Опытным изготовлением показано, что групповое соединение может быть использовано для стыкования арматуры как растянутых, так и изгибаемых элементов и не вызывает дополнительных трудностей при изготовлении конструкций.

7. Экспериментально установлено, что балки с групповым стыковым соединением арматуры в растянутой зоне имеют несущую способность и деформативность, не огличащуюся от деформативноста и несущей способности обычной балки. Относительный прогиб в испытанных балках составлял около 1/500 при расчетной нагрузке.

8. Экспериментально исследовано влияние диаметра обоймы в одиночных стыковых соединениях на несущую способность. Установлено, что в оптимальном варианте следует принимать минимальную величину диаметра при обеспечении условий для качественного замоноличивания соединения.

9. Экспериментально исследованы законы изменения продольных усилий и касательных напряжений по контакту арматуры с бетоном. Установлено, что в торцевых сечениях соединения наблюдаются значительные пики касательных напряжений, а в средней части соединения закон изменения касательных напряжений близок к линейному.

10. На основе сопоставления результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными установлено, что для оценки напряженно-деформированного состояния соединения может быть использовано решение осесимметричной задачи теории упругости в цилиндрических координатах с помощью функций напряжений.

По материалам диссертационной работы автором опубликованы следующие печатные работы:

1.Касабьян Л.В., Мехда Мохамед Хади, Групповое бессварное соединение арматуры железобетонных конструкций /V Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: Межвуз. сб. науч. трудов / Под ред. В.А.Копнова - М.: МБК "Биоконтроль", 1995. -Вып.5. - С.17-19.

2.Касабьян Л.В., Мехда Мохамед Хади, Групповое соединение арматуры железобетона с кольцевой обоймой // Тезисы докладов на XXXI научной конференции профессорско-преподавательского состава инженерного факультета РУДН. - М.: Изд-во ПАИ,1С, 1995. - С.20.

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕССВАРНЫХ ГРУППОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ АРМАТУРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Работа посвящена исследованию несущей способности бессварных групповых соединений арматуры железобетонных конструкций с использованием эффекта спиральной обоймы расположенной л зоне перепуска арматуры, работающих в сжатых, растянутых и изгибаемых элементах. Исследован характер распределения усилий и касательных напряжений в соединениях одиночных стержней. Исследовано вщшние диаметра обоймы на несущую способность соединения.

Предложетпго приближенное решешге осесиметричной задачи теории упругости в цилиндрических координатах с использованием функций напряжений, позволившее сравшггельно простым инженерным методом оценить напряженно-деформированное состояние соединения.

INVESTIGATIOS OF WELDLBSS GROUPED JOINTS WITH

REINFORCEMENT FOR REINFORCED CONCRETE STRUCTURES

The work devoted into investigations of the carrier ability of weldless grouped joints reinforced concrete structures (constructions) using effective spiral stirrups (yokes) arranged in the by-pass zoneof reinforcements, working under stress, of tension and bending elements. Investigated characteristics of arranging forces and tangential stresses in individual (separately) comicctcd reinforcing bars, investigated the influence of spiral stirrup's diamctrc on the earner ability of joints.

The method of analysis is proposed on a basis of approximate solution of the axilly symmetrical problem of the elasticity theory in cylindrical coordinates using stress functions, which allows comperatively simplifying engineering method of estimation of stress-strain behavior of joints.