автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Исследование напряжённо-деформированного состояния трубобетона на напрягающем цементе

РР0 03 На правах рукописи Шахворостов Алексей Иванович {/^^¡п

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОБЕТОНА НА НАПРЯГАЮЩЕМ

ЦЕМЕНТЕ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и

сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва -2000 г.

На правах рукописи

Шахворостов Алексей Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОБЕТОНА НА НАПРЯГАЮЩЕМ ЦЕМЕНТЕ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и

сооружения

АВТОРЕФЕРАТ д иссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2000 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона Госстроя РФ.

Научный руководитель кандидат технических наук

Г.М. Мартиросов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гамбаров Г.А., кандидат технических наук Волков Ю.С.

Ведущая организация ЗАО «Курортпрое)ш>

Защита состоится <(21» аисСМьЯ 2000 г. в часов на заседании диссертационного совета К. .03.03.01 по защите диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя РФ по адресу: 109428, Москва, ул. 2-я Институтская, д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « Як ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук /¿¿¿г. Т. А. Кузмич

Н535 .2,-01 , 0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Дальнейшее совершенствование железобетона связано с изучением работы бетона в условиях сложного напряжённого состояния. Исследованиям в этой области посвящены работы A.A. Гвоздева, В.В. Михайлова, О.Я. Берга, A.C. Залесова, Н.И. Карпенко и др. Появление предварительно напряжённых; железобетонных конструкций существенно расширило' возможности конструктивных решений зданий и сооружений. Предварительное напряжение позволяет экономить бетон и арматуру, возводить большепролётные конструкции. То же самое можно сказать о конструкциях типа "бетон в обойме", например,, спирально армированных колоннах, предназначенных для восприятия больших сжимающих нагрузок. :■«■>

Предварительное напряжение спиральной арматуры, обвивающей железобетонный сердечник'колонны, может повысить несущую способность сердечника в 2-2,5 раза. Однако технология изготовления таких колонн, которая применяется в настоящее время, достаточно сложна и трудоёмка (изготовление сердечника, напряжение обмотки, устройство защитного слоя). Механическое предварительное напряжение здесь можно с успехом заменить химическим — за счёт энергии расширения бетона на напрягающем цементе (НЦ). В этом случае представляется возможность заменить трёхступенчатую технологию изготовления элемента на одноступенчатую и автоматически достигнуть объёмного предварительного напряжения.

Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном, обладают всеми преимуществами, характерными для конструкций типа "бетон в обойме". В результате обследования ряда конструкций, выполненных из трубобетона, были отмечены слз^чаи отставания стальной оболочки от бетонного сердечника, что значительно снижает их надёжность и долговечность. Применение НЦ позволит повысить эксплуатационные качества (предел упругой работы, несущую способность, долговечность) трубобетонных элементов, обеспечить благоприятное объёмное напряжённо-деформированное состояние на всех этапах их работы.

Одновременно с появлением железобетонных конструкций, армированных спиралью, возникла проблема повышения деформативности бетона защитного слся, поскольку при испытании на сжатие защитный слой разрушался задолго до общего разрушения элемента. Эффективность конструкций, в которых спиральная арматура оголяется при нагрузке, составляющей 60-80% от разрушающей, существенно снижается. В работе предложено использовать тонкостенную стеклопластиковую трубу в качестве несъёмной опалубки и обоймы защитного слоя в элементах, армированных спиральным каркасом.

Цель работы - Исследование напряжённо-деформированного состояния трубобетона для разработки рациональных конструктивных решений на

основе экспериментальной проверки эффективности нескольких разновидностей самонапряжённых трубобетонных элементов, выполненных из бетона на НЦ.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований напряжённо-деформированного состояния и прочности трубобетонных элементов из бетона на напрягающем цементе;

- методику оценки напряжённо-деформированного состояния трубобетонных элементов из бетона на напрягающем цементе при осевом сжатии;

- методику расчёта трубобетонных элементов по двум группам предельных состояний; '

- способ обеспечения совместной работы бетонного ядра и стальной оболочки на всех этапах работы трубобетонного элемента за счёт химического предварительного напряжения;

- конструктивное решение • спирально армированного элемента в тонкостенной стеклопластиковой защитной оболочке.

Научную новизну работы составляют:

- результаты экспериментальных исследований стальных и стеклопластиковых труб, заполненных бетоном на напрягающем цементе при кратковременном действии нагрузки;

- результаты экспериментальных исследований спирально армированных элементов в стеклопластиковой защитной оболочке, ныполненных из портландцементного бетона и бетона на НЦ;

- предложения по расчёту трубобетонных элементов по двум группам предельных состояний;

- методика расчёта минимально необходимого самонапряжения трубобетонного элемента, достаточного для обеспечения совместной работы стальной трубы и бетонного ядра на всех этапах работы конструкции;

- предложение по конструктивному решению спирально армированного элемента в стеклопластиковой защитной оболочке.

Практическая ценность результатов диссертации. Результаты исследований и предложение по расчёту самонапряжённого трубобетонного элемента были использованы при проектировании и возведении колонн монолитного железобетонного плавательного бассейна в районе "Северное Бутово" г. Москва, а также будут использованы при составлении рекомендаций по проектированию и изготовлению трубобетонных и спирально армированных элементов конструкций из бетона на напрягающем цементе.

Данные, полученные в ходе экспериментальных исследований, предложены для корректировки технических требований к напрягающим цементам и бетонам на их основе в соответствующих ТУ.

Апробация полученных результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференций молодых учёных "Строительныё конструкции - 2000" (г. Москва, МГ'СУ, 2000 г.), на заседаниях и семинар^, проводимых лабораторией непрерывно армированных, самонапряжённых конструкций и труб.

Основное содержание диссертации опубликовано в четырёх печатных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения.

Работа изложена на 158 страницах, содержит1 11 таблиц, 57 рисунков, список литературы из 123 наименований. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ : '

Во введении освещена актуальность проблемы, цель, научная новизна и практическая ценность работы, изложена сущность диссертации, поставлены задачи и указаны основные пути их решения.

В первой главе выполнен обзор исследований трубобетонных и спирально армированных элементов, в т.ч. и предварительно напряжённых, проведённых в нашей стране О.Н. Алпериной, В.Д. Будюком, Б.И. Викторовым, Ю.С. Волковым, Г.А. Гамбаровым, A.A. Гвоздевым, H.H. Добудогло, A.A. Долженко, В.И. Карпинским, В.Б. Каффкой, В.Н. Кебенко,

A.И. Кикиным, С.А. Коврыгой, А.Ф. Липатовым, Л.К. Лукшой, И.Г. Людковским, В.Ф. Марениным, Г.М. Мартиросовым, А.П. Нестеровичем, Г.П. Передернем, А.Б. Пирадовым, В.А. Росновским, P.C. Санжаровским,

B.Л. Солнцевой, Л.И. Стороженко, В.А. Труллем, В.М. Фоновым, В.Л. Шабровым, Л.П. Шестаковым и др. За рубежом исследование таких конструкций проводили А. Консидер, Р. Залигер, Ф, Ричарт, А. Брандцаег, Р. Браун, Н. Гарднер, П. Бойд, С.-Г. Каи и др.

Исследователи сходятся во мнении, что заключение бетона в обойму позволяет существенно повысить несущую способность конструкции. В то же время отсутствует единый подход к установлению предельного состояния для трубобетонных конструкций. Одни исследователи считают предельным состоянием стадию разрушения, когда трубобетонный элемент воспринимает максимальную нагрузку. Другие предлагают считать предельной нагрузку^ при которой стальная труба достигает предела текучести, поскольку, по их мнению, после этого в трубобетонной конструкции появляются большие необратимые деформации, не допустимые в сооружениях. Существуют и другие точки зрения.

Как известно, предварительное напряжение спиральной арматуры повышает несущую способность и диапазон упругой работы элемента. За

счёт химической энергии расширения бетона на напрягающем цементе можно получить объёмное предварительное напряжение (самонапряжение) в любых элементах с косвенным армированием, в т.ч. и трубобетонных.

В разработку напрягающего цемента и самонапряжённых железобетонных конструкций внесли свой вклад Г.И. Бердичевский, М.И. Бейлина, Л.И. Будагянц, В.Д. Будюк, О.С. Дех, И.М. Дробященко, А.И. Звездов, А.К. Карасёв, A.A. Кондратчик, Т.В. Кузнецова, C.JI. Литвер, Г.М. Мартиросов, В.В. Михайлов, И.Д. Овсянников, А.Н. Попов, В.А. Попова, Ю.Н. Титов, Л.А. Титова, В.В. Тур, Г. Лоссье, К. Клейн, П. Мета, М. Поливка, В. Бертеро, С. Арони и. др.

На основании анализа теоретических и экспериментальных исследований, проведённых в нашей стране и за рубежом, а также опыта успешного применения трубобетонных конструкций: в практике современного строительства, автором обоснована постановка темы диссертации и следующие задачи исследования:

1. Отработка методики получения самонапряжения в трубобетонном элементе за счёт использования напрягающего цемента нормального твердения (без тепловлажностной обработки).

2. Изучение напряжённого и деформированного состояния трубобетонных элементов на всех этапах нагружения.

3. Определение величины минимального самонапряжеиия, достаточной для обеспечения совместной работы бетонного ядра и стальной трубы на всех этапах работы конструкции.

4. Определение влияния степени самонапряжения на несущую способность и диапазон упругой работы трубобетонных элементов.

5. Разработка предложений по расчёту сталетрубобетонных элементов.

Эффективное использование трубобетонных' элементов с трубой,

выполненной из ориентированного стеклопластика (сопротивление растяжению в кольцевом направлении 440-460 МПа) в связи с низким модулем упругости стеклопластика (около 30000 МПа) связано с предварительным напряжением трубы за счёт энергии расширения бетона на напрягающем цементе.

Преждевременное разрушение защитного слоя снижает эффективность применения спирально армированных элементов, в особенности предварительно напряжённых. В связи с этим предложена конструкция стеклопластикового трубобетонного элемента, армированного спиральным каркасом. Тонкостенная стеклопластиковая труба играет роль несъёмной опалубки и обоймы для защитного слоя и элемента в целом, обеспечивая одностадийный характер разрушения конструкции.

Для проверки изложенных положений решались следующие задачи:

1. Изучение напряжённого и деформированного состояния стеклопластиковых трубобетонных элементов.

2. Определение влияния степени предварительного напряжения стеклопластиковой обоймы на несущую способность и деформативность элемента.

3. Выявление роли тонкостенной стеклопластиковой трубы в работе самонапряжённого трубобетонного элемента, армированного спиральным каркасом, определение её вклада в несущую способность.

4. Определение вида, характера и стадийности разрушения стеклопластиковых трубобетонных элементов.

Во второй главе для решения поставленных задач разработана методика исследований, в соответствии с которой изготовлено 4 серии трубобетонных образцов диаметром 152...159 мм и длиной 600 мм (всего 36 штук).

Первую серию изготовили на НЦ-10 заводского производства; вторую серию - на портландцементе (для сравнения); третью и четвёртую серии - на активизированном НЦ, изготовленном в лабораторных условиях.

Каждая серия включала в себя по два образца следующих типов:

1. Стальная труба 159x5 мм, заполненная бетоном.

2. Стеклопластиковая труба 150x3,5 мм, заполненная бетоном.

3. Стеклопластиковая труба 150x2 мм с каркасом, состоящим из спиральной арматуры Вр-1 03 мм, ^¡,=1,6% и продольной арматуры В-П 05 мм, ц = 0,3% (шаг спирали 1,5 см, диаметр каркаса 12 см), заполненная бетоном.

Геометрические характеристики образцов первой серии приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Геомегрические характеристики образцов первой серии

№ серии Обозн. образца Краткое описание Внешн. диаметр, мм Толщина стенки, мм Площадь поперечного сечения, см2

трубы бетона спир. серд.

ТБ 1-1 Бетон в 159 5 24,2 166

ТБ 1-2 стальной трубе 159 5 24,2 166 -

ТС 1-1 Бетон в стекло- 157 3,5 16,9 168

ТС 1-2 пластик. трубе 157 3,5 16,9 168 -

1 С 1-1 Спиральноарм. 154 2 9,6 168 113,1

С 1-2 сердечник в 154 2 9,6 168 113,1

:»щ. оболочке

Т1-1 Стальная труба 159 5 24,2

Т 1-2 159 24,2 -

СС 1-1 Спиральноарм. 150 - - 168 113,1

СС 1-2 сердечник без 150 - - 168 113,1

защ. оболочки

Ц 1-1 Бетонный 150 _ 168

Ц 1-2 цилиндр 150 - - 168 -

На рис. 1 схематично показаны все три типа исследуемых элементов с косвенным армированием в виде трубы и спирали:

а) б) в)

Рис. 1. Три вида исследуемых образцов с косвенным армированием в виде трубы и спирали:

а) сталетрубобетонный образец;

б) стеклопластиковый трубобетонный образец;

в) спирально армированный образец в тонкостенной стеклопластиковой защитной оболочке.

1 - оголовник;

2 - канал для подачи воды;

3 - стальная труба толщиной 5 мм;

4 - напрягающий бетон;

5 - стеклопластиковая труба толщиной 3,5 мм;

6 - стеклопластиковая труба толщиной 2,0 мм;

7 - спираль из проволоки 03Вр-1 с шагом 15 мм;

8 - продольная арматура: 05В-И, 3 стержня.

Для определения прочности бетонного ядра без обоймы в каждой серии были изготовлены по два бетонных цилиндра, опалубкой для которых служили трубы, аналогичные трубам в опытных образцах.

Кроме того, были испытаны две пустотелые стальные трубы 159x5 мм и два бетонных цилиндра, армированных спиральным каркасом, изготовленных в формах из таких же труб, что и опытные образцы.

Для определения прочностных характеристик бетона для каждой серии изготавливались по 6 кубов с ребром 10 см.

Свободное расширение и самонапряжение бетона образцов 1,3 и 4-й серий определяли на призмах 4x4x16 см, расширение которых замерялось в свободном и связанном состоянии (в динамометрических кондукторах).

Физико-механические свойства стали определялись на стандартных образцах-полосах согласно ГОСТ 1497-84.

Образцы испытывали на гидравлическом прессе марки П-250 поэтапным статическим нагружеяием по 10% от расчётной разрушающей нагрузки. На каждой ступени делалась выдержка в течение 5... 10 минут, необходимая для снятия показаний с приборов и стабилизации деформаций.

Нагружение стеклопластиковых трубобетонных образцов осуществляли до полной потери несущей способности. Испытание сталетрубобетонных образцов прекращали при продольных деформациях, составляющих 5... 10%, причём нагрузка на прессе в этот момент составляла 80...85% от максимальной.

Продольные и поперечные деформации образцов замеряли с помощью индикаторов часового типа и тензорезисторов.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований трубобетонных элементов: зависимости изменения продольных и поперечных деформаций образцов от нагрузки; изменения коэффициента Пуассона и относительного объёма от уровня нагрузки; кривые деформаций, полученные из испытания стальных труб и бетонных цилиндров, работающих по отдельности и совместно (в трубобетоне).

В табличной форме приведены характеристики материалов, разрушающие нагрузки, нагрузки, характеризующие диапазон упругой работы образцов, коэффициенты эффективности обоймы.

Замеры поперечных и продольных деформаций производились в среднем (по высоте) поперечном сечении образцов. Замеры, произведённые механическим способом и методом электротензометрии, показали удовлетворительное совпадение.

Анализ зависимости относительного изменения объёма от уровня нагружения показал существенное различие в работе трубобетонных элементов из портландцементного и напрягающего бетонов. Объёмное сжатие образцов второй серии было на 35-40% меньше чем у образцов, выполненных из напрягающего цемента. Диапазон упругой работы

трубобетонных элементов из портландцемента составил 42% от разрушающей нагрузки, тогда как образцы из напрягающего цемента работали упруго в среднем до 60% от разрушающей нагрузки.

Характер разрушения всех сталетрубобетонных образцов был одинаковым. В пластической стадии работы .образцов процесс их деформирования не прекращался даже после. выдержки под нагрузкой в течение 5-10 минут. Постепенно, после достижения максимальной нагрузки, с одной или двух противоположных (но разных по высоте образца) сторон образовывались мягкие складки.

Несущая способность образцов из напрягающего бетона оказалась на 510% выше, чем у образцов из пэртландцементного бетона. Диапазон упругой работы образцов на НЦ был выше на 30%.

• Коэффициент эффективности обоймы а составил для трубобетонных элементов из обычного бетона 1,68, а для образцов из НЦ 1,79...1,87 (табл. 2).

Таблица 2

Несущая способность и основные физико-механические характеристики сталетрубобетонных образцов. -

Серия, № см5 As, см2 а„ ■■ кгс/см Rbi, кгс/см2 Rw, кгс/см2 N„,t Nu, т Nei/Nu а

1 ¡66 24,2 14,6 3300 520 343 130 222 0,58 1,79

2 166 24,2 14,6 3300 520 349 S'O 212 0,42 1,68

.3 . 166 24,2 14,6 3SOO 550 361 145 232 0,62 1,87

4 " 166 24,2 14,6 3300 560 365 140 229 0,61 1,83

Примечание.

Сту — предел текучести стали трубы;

Rbi - прочность на сжатие бетонных кубов 1 Ох 10х 10 см;

Rm - прочность на сжатие бетонных цилиндров диаметром 150 мм и высотой 600 мм;

Nei - условный предел упругой работы образцов;

Nu - разрушающая нагрузка;

а - коэффициент эффективности обоймы (а = (Nu - RbAb)/(RsAs)).

В работе производилось сравнение разрушающих нагрузок для трубобетонных образцов с суммарной несущей способностью стальных труб и бетонных цилиндров. Благодаря заключению бетона в стальную трубчатую обойму несущая способность элементов увеличивалась на 29...40 процентов.

Наибольший прирост прочности показали образцы третьей серии (выполненные из бетона, на активизированном напрягающем цементе), наименьший - образцы второй серии (из бетрна на портландцементе). ,.

Упругая стадия работы стеклопластиковых трубобетонных элементов характеризовалась увеличением относительного объёмного сжатия. В момент окончания упругой стадии работы образцов относительные продольные деформации находились в районе 190-Ю'5...280-Ю"3. Нагрузки при этом составляли 0,37...0,45 от разрушающей.

Различие в величине упругой стадии стеклопластиковых трубобетонных образцов из портландцементного и напрягающего бетона было относительно невелико (10...18%), что связано с низким модулем упругости стеклопластика (ЕР| = 34-10"3). ^

В работе стеклопластиковых трубобетонных образцов видна аналогия с работой сталетрубобетонных образцов: коэффициент Пуассона стеклопластика, как и у стали, выше коэффициента Пуассона бетона; до определённого момента бетон находится в состоянии одноосного сжатия, эффект обоймы начинает проявляться лишь после начала^ процесса микротрещинообразования в бетоне. Положительное влияние небольшого предварительного напряжения за счёт энергии расщирения бетона компенсировалось значительной податливостью обоймы. н ...

Упруго-пластическая, а затем и пластическая стадии .работы стеклопластиковых трубобетонных элементов были очень большими.

Начиная с 0,61^и, даже выдержка в течение 10 минут не приводила к затуханию процесса деформирования образца., За 1-2 этапа перед разрушением начинали разрываться отдельные стекловолокна. Процесс разрыва стекловолокон постепенно нарастал, разрушение имело хрупкий, взрывообразный характер в результате разрыва оболочки в средней части образца. Продольные деформации к моменту разрушения достигали 3 %• Бетон сердечника, претерпевший деформации, в 15 раз превышающие его деформативность при осевом сжатии без обоймы, при простукивании молотком легко крошился, т.е. практически не имел никакой прочности.

Характер разрушения и величина разрушающей нагрузки позволяют судить о полком использовании прочностных свойств обоймы из односторонне ориентированного стеклопластика. Несмотря на то, что площадь поперечного сечения стеклопластиковой трубы была в 1,43 раза меньше, чем у стальной, несущая способность трубобетонных образцов из стеклопластика для третьей и четвёртой серий оказалась выше соответственно в 1,09 и 1,05 раза, а коэффициент эффективности обоймы а для образцов четвёртой серии достигал 2,41 (табл. 3).

Таблица 3

Несущая способность и основные физико-механические характеристики стеклопластиковых трубобетонных образцов.

Серия, № Аь, см2 Арь см2 Ricp, кгс/см Rm. кгс/см Rb2, кгс/см2 Nd,r Nu, т Nd/Nu а

1 168 16,9 10 4600 520 343 90 :»19 0,41 2,08

2 168 16,9 10 4600 520 349 80 213 0,37 1,99

3 168 16,9 10 4600 550 361 105 244 0,43 2,36

4 168 16,9 10 4600 560 365 110 249 0,4S 2,41

Примечание.

АР| - площадь поперечного сечения стеклопластиковой грубы;

RkP - сопротивление растяжению стеклопластика труб вдоль волокон;

Rbi - прочность на сжатие бетонных кубов 10x10x10 см;

Rb2 - прочность на сжатие бетонных цилиндров диаметром 150 мм и высотой 600 мм;

Ne| — условный предел упругой работы образцов;

Nu - разрушающая нагрузка;

а - коэффициент эффективности обоймы.

При испытании на осевое сжатие упругие характеристики стеклопластиковых трубобетонных образцов, армированных спиральным каркасом, выполненных из портландцёментного и напрягающего бетонов, отличались принципиально. Так, диапазон упругой работы образцов второй серии (из портландцементного бетона) составил 0,3NU, тогда как образцы остальных серий (из напрягающего бетона) работали упруго до нагрузки 0,56... 0,64NU.

Одной из задач экспериментального исследования было изучение работы защитного слоя между бетоном, заключённым в спиральный каркас, и стеклопластиковой оболочкой. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что небольшое предварительное обжатие защитного слоя за счёт энергии расширения напрягающего бетона включает защитный слой в работу на всех этапах нагружения вплоть до разрушения всего элемента.

Экспериментальные образцы были запроектированы таким образом, что защитный слой между оболочкой и сердечником был относительно большим: его толщина составляла 1/8 диаметра сердечника, поэтому его вклад в работу и несущую способность всего элемента был существенным. Так, разрушение защитного слоя в образцах со снятой стеклопластиковой оболочкой в

результате перераспределения усилий одновременно приводило к разрушению всего элемента.

В образцах из портландцементного бетона (без преднапряжения) тонкостенная стеклопластиковая оболочка оказалась не способной предотвратить процесс трещинообразования в бетоне защитного слоя при деформациях 120...140-Ю'5. Бетон защитного слоя работал аналогично бетонной призме при осевом сжатии, влияние на него стеклопластиковой обоймы до момента образования микротрещин и, соответственно, повышения коэффициента Пуассона не отмечалось. В то же время, в образцах из напрягающего бетона стеклопластиковая оболочка обеспечивала создание предварительного обжатия бетона на уровне 5...8 кгс/см2, что позволяло всему элементу работать упруго вплоть до деформаций 280...ЗбО-Ю-5.

Таблица 4

Несущая способность и основные физико-механические характеристики стеклопластиковых трубобетонных образцов, армированных спиральным каркасом.

Сер., № кгс/см2 Аы, см2 i*s,cif> % Rb2, кгс/см2 R«p> , кгс/см Аьг, см:2 Apt, см2 ДР|> % Neb Т Nu, т N,i/Nu

1 5650 113 1,6 343 4600 168 9,6 5,7 90 160 0,56

2 ' 5650 113 1,6 349 4600 168 9,6 5,7 45 145 0,31

3 5650 113 1,6 361 4600 168 9,6 5,7 105 165 0,64

4 5650 113 1,6 365 4600 168 9,6 5,7 107 179 0,60

Примечание.

crs>c;r - временное сопротивление проволоки спирали (03 Вр-1) растяжению;

Аы - площадь бетона сердечника;

Аь2 - общая площадь бетона;

АР| - площадь поперечного сечения стеклопластиковой трубы;

И-s.cir_ объёмный коэффициент армирования спиралью;

Rw - прочность на сжатие бетонных цилиндров диаметром 150 мм и высотой 600 мм;

RKp - сопротивление растяжению стеклопластика труб вдоль волокон;

Nei - условный предел упругой работы образцов;

Nu - разрушающая нагрузка.

Разрушение всех образов носило одностадийный характер и сопровождалось одновременным разрывом спирали и стеклопластиковой

оболочки. Непосредственно перед разрушением в сердечнике образовывалась магистральная наклонная на 30...35° к вертикальной оси трещина, вдоль которой разрывались 5-6 витков спирали. В момент разрушения продольные деформации образцов достигали 2...2,5%.

Несущая способность образцов из напрягающего бетона оказалась на 10...23% выше, чем образцов из обычного бетона. Потеря несущей способности образцов без стеклопластиковой оболочки также носила одностадийный характер: разрушение, защитного слоя влекло за собой одновременное разрушение спирально армированного сердечника. Несущая способность образцов первой серии (Nu = 160 т) оказалась выше несущей способности аналогов без стеклопластиковой оболочки (Nu = 90 т) в 1,78 раза.

В четвёртой главе выполнен сравнительный анализ проведённых экспериментальных исследований с данными других авторов, предложена методика расчёта сталетрубобетонных элементов по двум группам предельных состояний; разработана методика определения минимально необходимого самонапряжения, достаточного для обеспечения совместной работы стальной трубы и бетонного ядра, исключающего появление растягивающих напряжений в зоне контакта между ними; предложены рекомендации по проектированию стеклопластиковых трубобетонных элементов, армированных спиральным каркасом.

Работу сталетрубобетонных элементов можно разделить на три стадии: упругую, упруго-пластическая и пластическую.

Упругая стадия характеризовалась ростом объёмного сжатия бетона в трубе, эффект обоймы проявлялся только в образцах, выполненных из напрягающего бетона.

Упруго-пластическая стадия характеризовалась началом процесса микротрещинообразования в бетоне, увеличением коэффициента Пуассона. На этой стадии эффект обоймы начинал проявляться и в образцах, выполненных из бетона на портландцементе.

Пластическая стадия характеризовалась достижением стальной трубой предела текучести, началом процесса дилатации - увеличения объёма бетонного сердечника, обусловленного развитием множества микротрещин, а также трещин большой протяжённости. Происходило у скоренное нарастание деформаций. При достижении предельной нагрузки на поверхности образцов образовывались мягкие складки - гофры.

В существующих методиках расчёта трубобетонных элементов за предельное состояние принимали начало пластической стадии (по предложению А.И. Кикина, P.C. Санжаровского и др.) и момент достижения разрушающей нагрузки (по предложению A.A. Гвоздева, И.Г. Людковского и ДР-)-

Наступление предельного состояния, характеризуемое разрушением

конструкции, может иметь более тяжкие последствия, чем наступление предельного состояния, определяемого большими необратимыми деформациями конструкции. Соответственно для первой методики следует использовать расчётные значения нагрузок и прочностных характеристик материалов, а для второй - нормативные, что отражено в современных нормах.

Из результатов испытаний сталетрубобгтонных элементов видно, что разрушающие нагрузки примерно на 25...30% выше нагрузок, при которых наступает текучесть стальной оболочки. Если при расчёте по первой группе предельных состояний учитывать коэффициенты надёжности по бетону уьс ~ 1,3, по стали у, = 1,05...1,2 и по нагрузке У[ = 1,1...1,4, то, в нашем случае, определяющей может стать как первая, так и вторая группа предельных состояний.

При большой относительной толщине стенки трубы (коэффициенте армирования) определяющей будет вторая группа предельных состояний, при малой - первая.

За основу расчёта трубобетонных элементов по первой группе предельных состояни й целесообразно принять методику, предложенную И.Г. Людковским. Большой объём проведённых экспериментальных исследований позволил ему предложить эмпирические зависимости, позволяющие достаточно точно определять несущую способность трубобетонных элементов. Так, опытная разрушающая нагрузка и теоретическая, вычисленная по методике И.Г. Людковского для образцов второй серии (выполненных из бетона на портландцементе), практически совпадали.

Расчёт рекомендуется производить следующим образом:

1) Определяются расчётные характеристики материалов и нагрузок:

^=ъ йь=Уьс N=уг

2) Определяется коэффициент эффективности бокового обжатия:

К = 4,80 ' (0,03(1 + 1)

•0,18,

■0,72

О)

3) Определяется коэффициент эффективности обоймы:

(2)

4) Несущая способность трубобетонного элемента:

Ы, = КЬАЬ + а!^А<

(3)

Расчётные формулы справедливы при 0,01<ц<0,14; 100 mm<D<1220 мм; В20<В£В60.

Расчёт по второй группе предельных состояний следует производить по методике, предложенной А.И. Кикиным P.C. Санжаровским и др. За предельное состояние принимается момент достижения стальной оболочкой предела текучести в продольном, направлении. Разница между опытным и теоретическим значением нагру зки для образцов второй: серии составила 6%.

1) По таблице 5 определяются нормативные сопротивления бетонного ядраКь

.. ... . Таблица5

Нормативные сопротивления бетонного ядра в зависимости от кубиковой прочности бетона.

R, кгс/см2 100 150 200 250 300 350 400 450 500. 550

Rto,OK> кгс/см2 240 295 337 373 404 430 455 480 530 565

Примечание. II - прочность бетонных кубов 150x150x150 мм; Яьп.см - нормативное сопротивление бетонного ядра.

2) Нагрузка, свидетельствующая о наступлении предельного состояния определяется по формуле:

К,г=11ь„,са5Аь + 118„А5 (4)

Расчёт по предложенной методике трубобетояных элементов на напрягающем цементе идёт в запас прочности. По мере накопления экспериментальных данных будут предложены поправочные коэффициенты (в сторону увеличения несущей способности).

Для оптимального проектирования конструкции, при котором бы учитывался в числе прочего и расход напрягающего цемента, весьма важно определение величины минимально необходимого самонапряжения трубобетонного элемента, достаточного для обеспечения совместной работы стальной трубы и бетонного ядра на всех этапах работы конструкции.

Чтобы решить поставленную задачу, необходимо знать величину коэффициентов Пуассона трубы-оболочки V, и напрягающего бетона уь в стадии упругой работы элемента и продольные деформации, соответствующие моменту, при котором коэффициенты Пуассона бетона сердечника и стали трубы становятся равными.

Величину максимально возможного зазора можно определить по следующей формуле:

= Е! <1 (V» - УЬ)

(5)

£} - относительная продольная деформация в момент выравнивания коэффициентов Пуассона стали и бетона (рМс:2);

с! - диаметр бетонного сердечника (внутренний диаметр стальной оболочки). '

Начальные коэффициенты Пуассона для стали и бетона принимаем равными соответственно = 0,3 и уь = 0,2. Расчёт зазора по формуле (5) идёт в запас, поскольку коэффициент Пуассона бетона не постоянно равен 0,2.

Исходя из принятых для упругой работы коэффициентов поперечных деформаций стали и бетона, формулу (5) можно представить в виде:

или в относительных величинах:

1„= 0,18,(1 е, = ОДЕ, ;

(6) (7)

Рис. 2. Схема к определению максимально возможного зазора между стальной трубой и бетонным ядром.

На основании исследований, проведённых ранее, принято, что величина продольной деформации бетона в упругой стадии не превышает 0,1%. Следовательно, для сохранения объёмного напряжённо-деформированного состояния достаточно использовать напрягающий бетон, способный растянуть оболочку на величину ет = 0,1 • 0,1% = 0,01%.

Определим требуемую величину обжатия бетона (самонапряжения) стЬр,г в зависимости от коэффициента продольного армирования ц:

<*Ьр,=^р,с1г—= 0,ЗДц (8)

г

где а5р,с;г = е,Е5, ц = г^/г

Так как е, = Е| - уь) = 10-10'5, а Е, = 2-103 МПа, получаем:

стЬр,г= Юц,МПа (9)

В общем виде формула (9) примет вид:

оьр,г=:0,5це|Е5(у5-Уь) (10)

Исходя из последней зависимости, можно сделать вывод, что с увеличением толщины стальной оболочки растёт и величина требуемого самонапряжения бетона. Поэтому с ростом коэффициента армирования (толщины обоймы) необходимо повышать энергетическую марку напрягающего цемента или его расход, чтобы компенсировать одну и ту же величину возможного зазора.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа и обобщения результатов исследований трубобетонных и спирально армированных элементов, выполненных отечественными и зарубежными учёными, предложены варианты таких элементов на основе напрягающего бетона. Применение напрягающего бетона позволяет уже на момент изготовления по простой одностадийной технологии получать самонапряжённые (объёмно предварительно напряжённые) элементы, свободные от недостатков, присущих аналогам на обычном бетоне.

2. Предложена конструкция трубобетонного элемента, армированного спиральным каркасом, в котором тонкостенная стеклопластиковая труба играет роль несъёмной опалубки и обоймы для бетона защитного слоя спирально армированного сердечника.

3. В результате экспериментальных исследований прочности и деформативности самонапряжённых сталетрубобетонных элементов установлено следующее. Диапазон упругой работы образцов (с предварительным обжатием бетона 7...10 кгс/см2) оказался выше, чем у их аналогов на портландцементе в среднем на 30%, что позволяет при проектировании самонапряжённых трубобетонных конструкций повышать характеристики прочности бетона в трубе.

Несущая способность образцов на НЦ была выше на 5.. .. 10%.

Коэффициент эффективности обоймы а составил для образов из бетона наНЦ 1,79... 1,87, для образцов из бетона на портландцементе 1,68.

Разрушение сталетрубобетонных образцов носило пластический характер, сопровождалось образованием гофров. Разрывов в стальной оболочке не отмечено.

4. Диапазон упругой работы самонапряжённых стеклопластиковых трубобетонных образцов (с предварительным обжатием бетона 5...7 кгс/см2) оказался выше, чем у их аналогов на портландцементе на 10... 18%.

Несущая способность образцов на активизированном НЦ была выше на 13... 15%, чем у образцов из бетона на портланцементе.

Коэффициент эффективности обоймы а составил для образцов на НЦ

2,08...2,41, для образцов на ПЦ 1,99. Такое высокое значение коэффициента эффективности обоймы (а > 2) говорит о полном использовании прочностных свойств трубы из односторонне ориентированного стеклопластика.

Разрушение всех стеклопластиковых трубобетонных образцов происходило в результате разрыва оболочки и носило хрупкий, взрывообразный характер.

5. Во избежание хрупкого характера разрушения стеклопластиковые трубобетонные элементы необходимо армировать спиральным каркасом. В качестве продольного армирования целесообразно применять арматуру классов АР/...АУ1.

6. У самонапряжённых стеклопластиковых трубобетонных образцов, армированных спиральным каркасом (с предварительным обжатием бетона 6.^9 кгс/см2) диапазон упругой работы оказался примерно в два раза выше, чем у образцов из бетона на портландцементе.

Несущая способность образцов на НЦ оказалась выше в среднем на 17%.

Разрушение всех образцов происходило в одну стадию в результате разрыва спирали и стеклопластиковой оболочки. Бетонный защитный слой работал до общего разрушения образцов.

Полученные результаты говорят об эффективности предварительного напряжения оболочки за счёт энергии расширения бетона на НЦ. В этом случае при расчёте несущей способности может учитываться и бетон защитного слоя.

7. При применении напрягающего бетона в железобетонных конструкциях с малой увлажняемой поверхностью к напрягающим цементам следует предъявлять более строгие, чем в существующих ТУ на НЦ, требования по содержанию алюминатов. Для исключения короткой продолжительности расширения содержание А120з в напрягающем цементе рекомендуется ограничить в пределах 7...9%.

8. При изготовлении самонапряжённых трубобетонных элементов увлажнение бетона на напрягающем цементе целесообразно начинать в более ранние, чем для других самонапряжённых конструкций, сроки (при достижении бетоном прочности 4...6 МПа).

9. На основании проведённых исследований предложена методика расчёта сталетрубобетонных элементов по двум группам предельных состояний.

10. Разработана методика определения минимально необходимого самонапряжения, достаточного для обеспечения совместной работы стальной трубы и бетонного ядра и исключающего появление растягивающих напряжений в зоне контакта между ними.

11. Предложены рекомендации по проектированию стеклопластиковых трубобетонных элементов, армированных спиральным каркасом.

Список работ по теме диссертации, опубликованных автором.

1. Шахворостов А.И. Повышение эффективности железобетонных элементов с косвенным армированием за счёт использования бетонов на расширяющемся вяжущем//Сб. материалов всероссийской научно-практической конференции молодых учёных "Строительные конструкции -2000". - М.: МГСУ, 2000. - С. 118-123.

2. Мартиросов Г.М., Шахворостов А.И. Строительный элемент, работающий на сжатие/Заявка на изобретение №99-125906/03 от 09.12.99.

3. Мартиросов Г.М., Шахворостов А.И. Колонны из стальных труб, заполненных бетоном//Строительство и бизнес. - 2000. - №3.

4. Шахворостов А.И. Механизм обеспечения совместной работы бетонного ядра и стальной оболочки в трубобетонных элементах за счёт применения бетона на напрягающем цементе. - М., 2000. - 7 с. - Деп. в ВИНИТИ 31.10.2000.-№2752-В00.

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1. Железобетонные конструкции с косвенным армированием.

1.2. Методы повышения эффективности трубобетонных элементов.

1.3. Элементы с предварительно напряжённой спиральной обоймой.

1.4. Предварительное напряжение обоймы за счёт химической энергии расширения вяжущего.

1.5. Трубы из стеклопластика в качестве косвенного армирования бетона.

1.6. Способы повышения предельной деформативности бетонного защитного слоя.

1.7 Отечественный и зарубежный опыт применения трубобетона в строительстве.

1.8. Задачи исследования и пути их решения.

2. Материалы и методика экспериментальных исследований

2.1. Конструирование и изготовление образцов.

2.1.1. Характеристики стальных и стеклопластиковых труб.

2.1.2. Изготовление спиральных каркасов.

2.1.3. Напрягающие цементы, выбранные для проведения исследований.

2.1.3.1. Характеристики напрягающего цемента Пашийского завода.

2.1.3.2. Изготовление напрягающего цемента повышенной активности.

2.1.4. Подбор состава бетонной смеси.

2.1.5. Бетонирование образцов и уход за бетоном.

2.1.6. Самонапряжение и физико-механические характеристики бетона образцов.

2.2. Приборы и оборудование.

2.3. Методика проведения испытаний.

3. Влияние вида бетона и материала оболочки на напряжённодеформированное состояние трубобетонного элемента.

3.1. Прочность и деформативность сталетрубобетонных образцов.

3.1.1. Напряжённо-деформированное состояние сталетрубобетонных образцов.

3.1.2. Прочность и характер разрушения сталетрубобетонных образцов.

3.2. Прочность и деформативность стеклопластиковых трубобетонных образцов.

3.2.1. Напряжённо-деформированное состояние стеклопластиковых трубобетонных образцов.

3.2.2. Прочность и характер разрушения стеклопластиковых трубобетонных образцов.

3.3. Прочность и деформативность стеклопластиковых трубобетонных образцов, армированных спиральным каркасом.

3.3.1. Напряжённо-деформированное состояние стеклопластиковых трубобетонных образцов, армированных спиральным каркасом.

3.3.2. Прочность и характер разрушения стеклопластиковых трубобетонных образцов, армированных спиральным каркасом.

Выводы.

4. Предложения по расчёту и конструированию трубобетонных элементов.

4.1. Сравнительная оценка результатов испытания с данными других авторов.

4.2. Критерии предельного состояния трубобетонных элементов.

4.3. Механизм обеспечения совместной работы бетонного ядра и стальной оболочки за счёт химического предварительного напряжения.

4.4. Предложение по проектированию стеклопластиковых трубобетонных элементов, армированных спиральным каркасом.

Выводы.

Актуальность проблемы. Появление предварительно напряжённых железобетонных конструкций существенно расширило возможности конструктивных решений зданий и сооружений. Предварительное напряжение позволяет экономить бетон и арматуру, возводить большепролётные конструкции.

Предварительное напряжение спиральной арматуры, обвивающей железобетонный сердечник колонны, может повысить несущую способность сердечника в 2-2,5 раза. Технология изготовления таких колонн достаточно сложна и трудоёмка (изготовление сердечника, напряжение обмотки, устройство защитного слоя). Механическое предварительное напряжение здесь можно с успехом заменить химическим - за счёт энергии расширения бетона на напрягающем цементе (НЦ). В этом случае представляется возможность заменить трёхступенчатую технологию изготовления элемента на одноступенчатую и автоматически достигнуть трёхосного предварительного напряжения.

Напрягающий цемент был разработан в 1953 году в НИИЖБе В.В. Михайловым, C.J1. Литвером и А.Н. Поповым. НЦ применяется при возведении конструкций, к которым предъявляются высокие требования по трещиностойкости, водонепроницаемости, долговечности (подземные конструкции; ёмкости различного назначения, в т.ч. плавательные бассейны, насосные станции и очистные сооружения; полы производственных и гражданских зданий, гидроизолирующие покрытия, в т.ч. эксплуатируемые кровли; трубы, конструкции с предварительно напряжённой арматурой и др.). Использование напрягающего цемента желательно во всех сооружениях, в которых недопустимы трещины от усадки и нагрузки, а также необходима водонепроницаемость.

В 1969-1971 годах в НИИЖБ В.Д. Будюком под руководством В.В. Михайлова проводилось исследование спирально армированных колонн, выполненных из бетона на напрягающем цементе. Результаты испытания показали сходство в работе спирально армированных железобетонных колонн, предварительное напряжение спирали в которых достигалось механическим и химическим путём. Напрягающий цемент, применявшийся в исследованиях, требовал обязательного применения тепловлажностной обработки. Подобные колонны можно изготавливать только в условиях завода ЖБИ.

В настоящее время существует чётко выраженная тенденция к увеличению объёмов строительства с применением монолитного железобетона. В свою очередь, снизились объёмы строительства из сборного железобетона. В связи с этим необходима экспериментальная проверка эффективности самонапряжённых спирально армированных колонн на НЦ нормального твердения (без ТВО), изготавливаемых в условиях строительной площадки.

В результате обследования ряда конструкций, выполненных из трубобетона, было отмечено отставание стальной оболочки от бетонного сердечника. Применение НЦ нормального твердения позволит повысить эксплуатационные качества (предел упругой работы, несущую способность, долговечность) трубобетонных элементов, обеспечить благоприятное объёмное напряжённо-деформированное состояние на всех этапах их работы.

Одновременно с появлением железобетонных конструкций, армированных спиралью, возникла проблема повышения деформативности бетона защитного слоя, поскольку при испытании на сжатие защитный слой разрушался задолго до общего разрушения элемента. Эффективность конструкций, в которых спиральная арматура оголяется при нагрузке, составляющей 50-80% от разрушающей, существенно снижается.

Предлагались разные конструктивные решения: нанесение слоя торкретбетона, армирование защитного слоя сеткой типа "рабиц", заключение элемента в асбоцементную трубу или в тонкостенную стальную оболочку. Наиболее удачным решением является заключение спирально армированного элемента в тонкостенную стальную оболочку. Однако долговечность тонкостенной стальной трубы, особенно в коррозионно-активных средах, невысокая. Замена стальной трубы на тонкостенную стеклопластиковую из поперечно ориентированного стеклопластика выглядит очень привлекательно.

Цель работы - экспериментальная проверка эффективности нескольких видов самонапряжённых трубобетонных элементов, выполненных из бетона на НЦ нормального твердения.

Научную новизну составляют: результаты экспериментальных исследований стальных и стеклопластиковых труб, заполненных бетоном на напрягающем цементе; результаты экспериментальных исследований спирально армированных элементов в стеклопластиковой защитной оболочке, выполненных из портландцементного бетона и бетона на НЦ;

- предложение по расчёту трубобетонных элементов по двум группам предельных состояний; методика расчёта минимально необходимого самонапряжения трубобетонного элемента.

Практическая ценность. Результаты исследований и предложение по расчёту самонапряжённого трубобетонного элемента были использованы при проектировании и возведении колонн монолитного железобетонного плавательного бассейна в районе "Северное Бутово" г. Москва, а также будут использованы при составлении "Рекомендаций по проектированию и изготовлению трубобетонных и спирально армированных сжатых элементов конструкций из бетона на напрягающем цементе".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных "Строительные конструкции - 2000" (г. Москва, МГСУ, 2000 г.). Совместно с Г.М. Мартиросовым подана заявка на изобретение №99-125906/03 от 09.12.99. "Строительный элемент, работающий на сжатие".

Диссертационная работа выполнялась в лаборатории непрерывно армированных, самонапряжённых конструкций и труб.

Автор выражает глубокую признательность за научное и методическое руководство выполненной работы заведующему лабораторией кандидату технических наук Геннадию Михайловичу Мартиросову и другим сотрудникам лаборатории за помощь в проведении исследований.

Общие выводы.

1. На основании анализа и обобщения результатов исследований трубобетонных и спирально армированных элементов, выполненных отечественными и зарубежными учёными, предложены варианты таких элементов на основе напрягающего бетона. Применение напрягающего бетона позволяет уже на момент изготовления по простой одностадийной технологии получать самонапряжённые (объёмно предварительно напряжённые) элементы, свободные от существенных недостатков, присущих аналогам на обычном бетоне.

2. Предложена конструкция трубобетонного элемента, армированного спиральным каркасом, в котором тонкостенная стеклопластиковая труба играет роль несъёмной опалубки и обоймы для защитного слоя спирально армированного сердечника.

3. В результате экспериментальных исследований прочности и деформативности самонапряжённых сталетрубобетонных элементов установлено следующее. Диапазон упругой работы образцов (с предварительным обжатием бетона 7. 10 кгс/см ) оказался выше, чем у их аналогов на портландцементе в среднем на 30%.

Несущая способность образцов на НЦ была выше на 5. .10%.

Коэффициент эффективности обоймы а составил для образов из бетона наНЦ 1,79. 1,87, для образцов из бетона на портландцементе 1,68.

Разрушение сталетрубобетонных образцов носило пластический характер, сопровождалось образованием гофров. Разрывов в стальной оболочке не отмечено.

4. Диапазон упругой работы самонапряжённых стеклопластиковых трубобетонных образцов (с предварительным обжатием бетона 5.7 кгс/см ) оказался выше, чем у их аналогов на портландцементе на 10. 18%.

Несущая способность образцов на НЦ-10 заводского изготовления и на портландцементе оказалась примерно одинаковой. Несущая способность образцов на активизированном НЦ была выше на 13. 15%.

Коэффициент эффективности обоймы а составил для образцов на НЦ 2,08.2,41, для образцов на ПЦ 1,99. Такое высокое значение коэффициента эффективности обоймы (а > 2) говорит о полном использовании прочностных свойств трубы из односторонне ориентированного стеклопластика.

Разрушение всех стеклопластиковых трубобетонных образцов происходило в результате разрыва оболочки и носило хрупкий, взрывообразный характер.

5. У самонапряжённых стеклопластиковых трубобетонных образцов, армированных спиральным каркасом (с предварительным обжатием бетона 6.9 кгс/см2) диапазон упругой работы оказался примерно в два раза выше, чем у образцов из бетона на портландцементе.

Несущая способность образцов на НЦ оказалась выше в среднем на 17%.

Разрушение всех образцов происходило в одну стадию в результате разрыва спирали и стеклопластиковой оболочки. Бетонный защитный слой работал до общего разрушения образцов.

Полученные результаты говорят об эффективности предварительного напряжения оболочки за счёт энергии расширения бетона на НЦ. В этом случае при расчёте несущей способности может учитываться и бетон защитного слоя.

6. При применении напрягающего бетона в массивных железобетонных конструкциях к напрягающим цементам следует предъявлять более строгие, чем в существующих ТУ на НЦ [108], требования по содержанию алюминатов. Содержания А120з в напрягающем цементе рекомендуется ограничить в пределах 7. .9%.

7. При изготовлении самонапряжённых трубобетонных элементов увлажнение бетона на напрягающем цементе целесообразно начинать в более ранние, чем для других самонапряжённых конструкций, сроки (при достижении бетоном прочности 4.6 МПа).

8. Во избежание хрупкого характера разрушения стеклопластиковые трубобетонные элементы необходимо армировать спиральным каркасом. В качестве продольного армирования целесообразно применять арматуру классов AIV. .АVI.

9. На основании проведённых исследований предложена методика расчёта сталетрубобетонных элементов по двум группам предельных состояний.

10. Разработана методика определения минимально необходимого самонапряжения, достаточного для обеспечения совместной работы стальной трубы и бетонного ядра и исключающего появление растягивающих напряжений в зоне контакта между ними.

11. Предложены рекомендации по проектированию стеклопластиковых трубобетонных элементов, армированных спиральным каркасом.

1. Абрамов Н.М. Основные сведения о свойствах бетона в обойме. Спб., 1907.-284 с.

2. Альперин В.И. и др. Конструкционные стеклопластики. М.: Химия, 1979. -358 с.

3. Андреевская Г.Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики. М.: Наука, 1966.-371 с.

4. Армированные стеклопластики// Сб. тр./ЛМИ. Л., 1966. - Вып. 55.-161 с.

5. Бейлина М.И. Напрягающий цемент на основе сульфоалюминатного клинкера//Исследование и применение напрягающего бетона и самонапряжённых железобетонных конструкций. М.: НИИЖБ, 1984. - С. 15-22.

6. Берг О. Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. -М.: Госстройиздат, 1961. 96 с.

7. Берг О. Я., Щербаков Е. Н., Писанко Г. Н. Высокопрочный бетон. М.: Стройиздат, 1971. - 208 с.

8. Берг О.Я., Соломенцев Г.Г. Исследование напряжённого и деформированного состояний бетона при трёхосном сжатии // Сб. тр. / ЦНИИС.-М.: Транспорт, 1969.-Вып. 70.-С. 106-123.

9. Бердичевский Г.И., Литвер С.Л. Исследование самонапряжённых армированных элементов, изготовленных с применением напрягающего цемента// Сб. тр./НИИЖБ. М., 1958. - Вып. 3. - С. 21-29.

10. Ю.Брудка Я. Трубчатые стальные конструкции. М.: Стройиздат, 1975. - 207с.

11. П.Будагянц Л.И. Исследование напрягающего цемента нормального твердения и процессов самонапряжения железобетонных конструкций: Дисс. . канд. техн. наук. -М.: НИИЖБ, 1970. 162с.

12. Будагянц Л.И. Исследование самонапряжения изгибаемых и симметрично армированных элементов // В кн. Новое в технологии и конструированиибетонных и железобетонных конструкций. Под ред. Г.И. Бердичевского. -М.: Стройиздат, 1966. С.23-31.

13. Будюк В.Д. Исследование свойств растворов и бетонов на напрягающем цементе и применение их в спирально армированных элементах: Дисс. . канд. техн. наук. -М.: НИИЖБ, 1971. 160 с.

14. М.Гамбаров Г. А. Исследование работы спирально армированных и трубобетонных элементов под воздействием центрального сжатия: Дис. . канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1961. - 166 с.

15. Гамбаров Г. А., Гочев Г. Спирально армированные элементы в трубобетонной оболочке // Бетон и железобетон. 1967. - № 4. - С. 27-29.

16. Гамбаров Г.А., Мартиросов Г.М. Железобетонные спирально армированные элементы в асбестоцементной оболочке//Межотраслевые вопросы строительства. Отечественный опыт/Реферативный сборник. 1971. -Вып.9.

17. Гвоздев А. А. Расчёт несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. М.: Стройиздат, 1949. - 208 с.

18. Гвоздев А. А. Определение величины разрушающей нагрузки для статически неопределимых систем // Проект и стандарт. 1934. - №8. - С. 10-16

19. Гвоздев А.А. Опытное изучение механических свойств бетона при стеснённой поперечной деформации // Вестник военно-инженерной академии им. В.В. Куйбышева. 1946. - № 49. - С. 71-99.

20. Гитман Ф.Е. Исследование цилиндрических колонн с предварительно напряжённой спиральной арматурой// Сб. тр./НИИЖБ. М., 1958. - Вып. 3. -С. 204-235.

21. Гнедовский В.И. Косвенное армирование железобетонных конструкций. -JL: Стройиздат, 1981. 125 с.

22. Гольденблат П.И. Исследование обычных и предварительно напряжённых конструкций. М.: Стройиздат, 1949.

23. Довгалюк В.И. Исследование работы центрально-сжатых железобетонных колонн с косвенной и продольной арматурой// Бетон и железобетон. 1971. -№ П.-С. 125.

24. Долженко А. А. Усадка бетона в трубчатой обойме // Бетон и железобетон. 1960.-№8.-С. 353-358.

25. Долженко А.А. Трубобетонные конструкции на строительстве производственного здания/ЛТромышленное строительство 1965. - №6. - С. 23-26.

26. ЗО.Звездов А.И., Мартиросов Г.М., Будагянц Л.И. и др. Эффективность применения в строительстве бетонов на напрягающем цементе//В сб. "Ресурсосберегающие технологии производства бетона и железобетона". -М.: НИИЖБ, 1988. С. 22-32.

27. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.:Стройиздат, 1996.-416 с.

28. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А., Петров А.Н. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона иарматуры//Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. М.: НИИЖБ, 1986. - С.7-25.

29. Карпинский В.И. Бетон в предварительно напряжённой обойме. М.: Оргтрансстрой, 1961.- 183с.

30. Катаев В. А. Теоретическое исследование и расчёт трубобетона // Бетон и железобетон. 1994. - № 11. - С. 26-28.

31. Каффка В.Б. Внецентренное сжатие бетонных элементов в предварительно напряжённой обойме//Сб.тр. /ВНИИТС. М., 1968. - Вып. 69.

32. Кебенко В. Н. Новое в расчёте и проектировании трубобетонных конструкций. Киев: УМК ВО, 1989. - 51 с.

33. Кебенко В.Н. Оптимизация параметров сжатых и внецентренно сжатых трубобетонных элементов и конструкций: Автореф. дисс. . канд. техн. наук.-Л., 1982.-24 с.

34. Кикин А. И., Санжаровский Р. С., Трулль В. А. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном. М.: Стройиздат, 1974. - 144 с.

35. Кикин А.И., Трулль В.А., Санжаровский Р.С. К проблеме прочности стальных труб, заполненных бетоном//Строительство и архитектура/Известия вузов. 1977. - №6. С. 3-7.

36. Киселёв Б.А. Стеклопластики. М.: Госхимиздат, 1961. - 240 с.

37. Коврыга С.А. Прочность и деформативность при осевом сжатии стальных труб, заполненных высокопрочным бетоном: Дис. канд. техн. наук. М., 1992.- 149 с.

38. Кравченко И.В. Расширяющийся цемент. -М.: Госстройиздат, 1962.

39. Лившиц Я.Д., Салиханов С.С. Исследование прочностных и деформативных характеристик напрягающего бетона//Бетон и железобетон. 1980. - №8. -С. 6,7.

40. Липатов А.Ф. Исследование прочности трубобетонных элементов // Сб. тр. / ЦНИИС. М.: Трансжелдориздат, 1956. - Вып. 19. - С. 251-298.

41. Литвер С.Л. Расширяющийся цемент для самонапряжённого железобетона и исследование явления самонапряжения: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1954.-268 с.

42. Литвер С.Л., Будагянц Л.И. Напрягающий цемент для самонапряжения железобетона без тепловой обработки// Бетон и железобетон. 1968. - № 4. -С. 4-7.

43. Лукша Л. К. Прочность трубобетона. Минск: Высш. шк., 1977. - 95 с.

44. Людковский И.Г. Основы расчёта и конструирования специальных железобетонных конструкций (несущие элемент машин, высоконапорные сосуды): Дисс. . докт. техн. наук. М., 1970. - 345 с.

45. Людковский И.Г., Волков Ю.С. Некоторые вопросы применения трубобетона в машиностроении//В сб. "Прочность и деформативность бетона и специальных конструкций" под ред. Людковского И.Г. М.: Стройиздат, 1972. - С. 61-67.

46. Людковский И.Г., Фонов В.М., Макаричева Н.В. Исследование сжатых трубобетонных элементов, армированных высокопрочной продольной арматурой//Бетон и железобетон. 1980. - №7. - С. 17-19.

47. Маренин В.Ф. Экспериментальные и теоретические исследования прочности стальных тонкостенных труб, заполненных бетоном, подверженных осевому сжатию//Строительство и архитектура/Известия вузов. 1958. - №9. - С. 6082.

48. Маренин В.Ф., Ренский А.Б. Вопросы прочности стальных труб, заполненных бетоном//В сб. "Материалы по стальным конструкциям", вып. 4.-М.: Госстройиздат, 1959. С. 85-110.

49. Мартиросов Г. М., Мартиросян Р. В. Повышение эффективности косвенного армирования // Бетон и железобетон. 1980.- № 9.- С.12,13.

50. Мартиросов Г.М. Исследование прочности и деформативности элементов в напряжённой спиральной обойме с различными видами защитных покрытий: Дис. канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1973. - 145 с.

51. Мартиросов Г.М. Косвенное армирование железобетона//Бетон и железобетон. 1977. - №6.

52. Мартиросов Г.М., Ницун В.И. Эффективность применения НЦ-10 в производстве сборного железобетона//Бетон и железобетон. 1989. -№11.

53. Мартиросов Г.М., Шахворостов А.И. Строительный элемент, работающий на сжатие/Заявка на изобретение №99-125906/03 от 09.12.99.

54. Матвеев В.Г. Тонкостенные стержневые железобетонные конструкции из обжатого бетона: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. М., 1998. - 34 с.

55. Матюнина И. А. Физико-механические свойства бетонов с компенсированной усадкой: Дис. канд. техн. наук. М., 1994. - 166 с.

56. Микула Н.В. Напряжённое состояние бетона, заключённого в сплошную стальную обойму: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Полтава, 1991. - 24 с.

57. Михайлов В. В., Литвер С. Л. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряжённые железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1974. -312 с.

58. Михайлов В.В. Патент № 68445 "Способ изготовления цемента (расширяющегося)", август 1942//Бюл. изобрет. №5, 1947.

59. Михайлов В.В. Предварительно напряжённые железобетонные конструкции. -М.: Госстройиздат, 1963.

60. Михайлов В.В. Самонапряжённый железобетон. М.: Госстройиздат, 1955. -216 с.

61. Михайлов В.В., Баженов Ю.М. Подбор состава бетона для самонапряжённых конструкций с учётом технологического фактора//Бетон и железобетон. 1987. - №8. - С. 13, 14.

62. Михайлов В.В., Будюк В.Д. Исследование объёмного напряжённого состояния растворов и бетонов на напрягающих цементах//В сб. "Технология напрягающих бетонов и самонапряжённых железобетонных конструкций". М.: Стройиздат, 1976. - С. 70-81.

63. Михайлов К.В., Хайдуков Г.К., Волков Ю.С. К 150-летию изобретения железобетона//Бетон и железобетон. 1999. - №5. - С. 2-5.

64. Михайлов В.В., Литвер C.JL, Карасёв А.К. и др. Применение бетонов на напрягающем цементе в монолитном и сборно-монолитном строительстве. -М.: ЦИНИС, 1975.-48 с.

65. Михайлов В.В., Литвер С.Л., Мартиросов Г.М. Напрягающий цемент и самонапряжённые железобетонные конструкции в СССР//Бетон и железобетон. 1986. - №1. - С. 10-13.

66. Михайлов В.В., Литвер С.Л., Попов А.Н. Патент № 107996. "Способ получения трёхкомпонентного расширяющегося цемента", май 1953// Бюл. изв. -№9, 1957.

67. Монолитные сталежелезобетонные конструкции высотных зданий с применением высокопрочного бетона//Строительство и архитектура/Строительные конструкции и материалы. Экспресс-информация. 1989. - Вып. 11. - С. 2-6.

68. Некрасов В.П. "Метод косвенного вооружения бетона". М.:Транспечать, 1925.-425 с.

69. Нестерович А.П. Прочность трубобетонных элементов диаметром 500 мм и более при осевом сжатии: Дисс. . канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1987. -236 с.

70. Передерий Г.П. Трубчатая арматура. М.: Трансжелдориздат, 1945. - 90 с.

71. Пинский В.В. Несущая способность элементов и узлов из трубобетона: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Киев, 1988. -21 с.

72. Попова В.А. Исследование некоторых свойств и совершенствование состава напрягающего цемента: Дисс. . канд. техн. наук. -М., 1971. 185 с.

73. Пособие по проектированию самонапряжённых железобетонных конструкций (к СНиП 2.03.01-84). М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 64 с.

74. Пособие по производству сборных самонапряжённых железобетонных конструкций и изделий. -М.: Стройиздат, 1990. 17 с.

75. Применение бетонов на напрягающем цементе в монолитном и сборно-монолитном строительстве. М.: ЦИНИС, 1975. - 52 с.

76. Прочность и деформативность бетона и специальных конструкций / Под ред. И.Г. Людковского. -М.: Стройиздат, 1972.

77. Ренский А. Б., Баранов Д. С., Макаров Р.А. Тензометрирование строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1977. - 239 с.

78. Росновский В. А. Трубобетон в мостостроении. М.: Трансжелдориздат, 1963.- 110 с.

79. Сабаева Н.В. Исследование бетона на напрягающем цементе в условиях упругого ограничения деформаций расширения: Дисс. . канд. техн. наук. -М., 1974.-220 с.

80. Самонапряжённые и непрерывно армированные конструкции / Под ред. Михайлова В. В., Звездова А. И. // Сб. тр. М.: Стройиздат, 1989. - 109 с.

81. Санжаровский Р.С. Несущая способность сжатых трубобетонных стержней//Бетон и железобетон. 1971. - №11. - С. 27-29.

82. Санжаровский Р.С. Теория и расчёт прочности и устойчивости элементов конструкций из стальных труб, заполненных бетоном. Автореф. дис. . докт. техн. наук. Д., 1977. - 50с.

83. Санжаровский Р.С. Трубобетонные конструкции в строительстве//Промышленное строительство 1979. - №5. - С. 22-23.

84. Седракян Л.Г. Сопротивление спирально армированных железобетонных цилиндров при осевом сжатии. -М.: , 1970.

85. Смолин Н.И., Волков К.И. Внецентренно сжатые элементы с предварительно напряжённой спиральной арматурой// Бетон и железобетон.- 1963.- №8. -С.

86. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. 79 с.

87. Солнцева В.Л. и др. Защита сжатых железобетонных элементов со спиральной арматурой//Сб.тр. /ВНИИТС. -М., 1968. Вып. 69.

88. Стороженко Л.И. Прочность и деформативность трубобетонных элементов//Бетон и железобетон. 1980. - №2. - С. 8-9.

89. Технология напрягающего цемента и самонапряжённых железобетонных конструкций / Под ред. Михайлова В. В., Литвера С. Л. -М.: Стройиздат, 1975. 183 с.

90. Титова Л.А. О долговечности бетона на НЦ//В сб. "Технология напрягающего цемента и самонапряжённых железобетонных конструкций". -М.: Стройиздат, 1975. С. 81-87.

91. Фонов В.М., Людковский И.Г., Нестерович А.П. Прочность и деформативность трубобетонных элементов при осевом сжатии//Бетон и железобетон. 1989. - №1. - С. 4 - 6.

92. Фролов Н.П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластиковые конструкции. М.: Стройиздат, 1980. - 103 с.

93. Харченко С.А. Напряжённо-деформированное состояние трубобетонных элементов с упрочнёнными ядрами: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Минск, 1987.- 16 с.

94. Цемент напрягающий. ТУ 5734-072-46854090-98. М.: НИИЖБ, 1998. -26 с.

95. Чистяков Е.А. Основы теории, методы расчёта и экспериментальные исследования несущей способности сжатых железобетонных элементов при статическом нагружении: Дис.,*. докт. техн. наук. М., 1988. - 646 с.

96. Шабров В.Л. Прочность трубобетонных элементов диаметром 500 мм и выше при внецентренном сжатии: Дисс. . канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 1988.-253 с.

97. Шестаков Л.П., Алексашкин А.Н. Об использовании железобетонных конструкций с объёмным сжатием//Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций. 1998. - №2. - С. 17-19.

98. Яшин А.В. Критерий прочности и деформирования бетона при простом нагружении для различных видов напряжённого состояния//Сб. тр./НИИЖБ. -М., 1977.-Вып. 39. С. 131-137.

99. Aroni S., Bertero V., Polivka М. Chemically Prestressed Concrete. PCI Journal, 1968, vol. 13, №5, pp. 22-35.

100. Boyd P. F., Cofer W. F., McLean D. I. Seismic Performance of Steel-Encased Concrete Columns under Flexural Loading. ACI Journal, 1995, vol. 92, №3, pp. 355-364.

101. Brito J., Bertero V. Behavior of Expansive Cement Concrete-filled Steel Tube Columns. Department of Civil Engineering, University of California, Berkeley, California, Report №66-10, September 1966, 87 pp.

102. Gardner N. J., Jacobson E. R. Structural Behavior of Concrete filled Steel Tubes. ACI Journal, 1967, vol. 64, №7, pp. 404-413.

103. Kesler С. E., Pfeifer D. W. Expansive Cement Concrete Present State of Knowledge. - ACI Journal, 1970, vol. 67, №8, pp. 583-610.

104. Richart F.E., Brandzaeg A., Brown R.L. A Study of the Failure of Concrete under Combined Compressive Stresses, "University of Illinois Bull", №185, 9,1928.

105. Cai S.-H. Limit Analysis and Application of Concrete-filled Steel Tubular Columns / 1st East Asian Conference on Structural Engineering and Construction. Bangkok. - 1986. - pp. 809-820.

106. Cai S.-H., Gu W.-P. Behavior and Ultimate Strength of Steel-Tube-confined High Strength Concrete Columns / 4th International Symposium on Utilization of High strength/High-performance Concrete. Paris, 1996. - pp. 827-833.