автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Керамзитофиброжелезобетонные колонны со смешанным армированием

На правах рукописи

КУРГИН Константин Васильевич

КЕРАМЗИТОФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ СО СМЕШАННЫМ АРМИРОВАНИЕМ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических-наук

21 НОЯ 2013

Ростов-на-Дону 2013

00553875»

005538758

Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет» (РГСУ)

Научный руководитель: Маилян Дмитрий Рафаэлович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Байрамуков Салис Хамидович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Экспертиза и управление недвижимостью» Северо-Кавказской государственной гуманитарно-технологической академии

Корниенко Николай Алексеевич

кандидат технических наук, доцент кафедры «Начертательной геометрии» Ростовского государственного университета путей сообщения (РГУПС)

Ведущая организация: ООО «Севкавнипиагропром»

Защита состоится «7» декабря 2013г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 1125, тел/факс (863) 201-90-31; e-mail: dis sovet rgsu@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «6» ноября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доц.

А.В. Налимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В строительной индустрии в настоящее время активно применяются различные виды неметаллической фибры, одним из них являются фибры из базальтовых волокон. Первые исследования в этом направлении были выполнены в нашей стране, при этом необходимость их была обусловлена обширными запасами, дешевизной сырья и относительно несложной технологией получения базальтовых волокон.

Исследования отечественных ученых показали, что прочность фибробе-тонов на основе базальтовых волокон на сжатие превышала прочность неарми-рованных образцов на 30 + 40%, а в случае осевого растяжения прочность увеличивается в 3,4 + 4 раза, предельная сжимаемость вырастает на 30 +45%, а предельная растяжимость - в 2 раза. Деформации ползучести при сжатии снижаются на 25 + 40%, а при растяжении уменьшаются в 3 + 4 раза. С увеличением количества базальтовых волокон величина модуля упругости композита снижается на 5 4- 15% в сравнении с обыкновенным мелкозернистым бетоном. При уровне нагрузки 0,8 + 0,9 Яь величина коэффициента упругости уь изменяется в пределах 0,94 + 0,91,превышая значение, принятое в нормах в 2 раза.

Наиболее оптимальным является процент фибрового армирования Цг=10%. Вместе с тем, несмотря на высокую эффективность бетонов с базальтовым волокном, многие вопросы расчета и проектирования таких конструкций остались не исследованы. Так, практически, не изучены несущая способность, трещиностойкость и деформативность фиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием. Не определено влияние немногократно повторных нагружений на работу таких конструкций. Требуют значительной корректировки нормативные положения расчета. Не изучено влияние арматуры класса А800 на диаграмму деформирования керамзитофибробетона. Необходимо уточнение методов расчета прочности и деформативности керамзитофиброжелезобетон-ных колонн с учетом трансформированных диаграмм деформирования бетона.

Этим и некоторым другим малоизученным вопросам посвящена представленная диссертационная работа.

Цель диссертационной работы: исследовать работу внецентренно-сжатых гибких керамзитофибробетонных колонн со смешанным армированием высокопрочной сталью при однократных и немногократно повторных нагруже-ниях, усовершенствовать нормативные расчеты таких конструкций, а также расчеты с учетом полных трансформированных диаграмм деформирования ке-рамзитофибробетона.

Автор защищает:

- новые экспериментальные данные о несущей способности, деформатив-ности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием; анализ влияния на их работу при однократном и немногократно повторном нагружении коэффициента преднапряжения, гибкости и относительного эксцентриситета внешней силы;

- полученную экспериментальным путем полную с нисходящей ветвью диаграмму "сь-еь" керамзитофибробетона при сжатии и аналитическую зависимость по описанию этой диаграммы;

- рекомендации по определению максимальных реализованных деформаций сжатия и растяжения керамзитофибробетона от относительного эксцентриситета, гибкости и коэффициента преднапряжения;

- разработанные предложения по усовершенствованию расчета прочности керамзитофиброжелезобетонных элементов, которые позволяют учесть реальное напряженно-деформированное состояние внецентренно сжатых элементов при разрушении и влияние преднапряжения на свойства керамзитофибробетона;

- рекомендации по совершенствованию упрощенной методики определения трещинообразующих усилий с влиянием основных факторов на значение напряжений перед образованием трещин;

- предложения по определению жесткостей и кривизн железобетонных колонн из керамзитофибробетона на всех стадиях работы;

- методики определения напряженного состояния от действий предварительного напряжения и расчета прочности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием с использованием

трансформированных диаграмм деформирования материалов;

- разработанную приближенную методику учета реализации нисходящей ветви диаграммы деформирования керамзитофибробетона при расчете прочности и трещиностойкости колонн.

Достоверность научных положений и выводов, касающихся расчета керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием подтверждается научной обоснованностью и статической надежностью при обработке большого количества результатов тщательно проведенных экспериментов.

Научная новизна работы:

- впервые получены экспериментальные данные о работе керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием при однократном и немногократно повторном воздействии с широким варьированием гибкости, относительного эксцентриситета внешней силы и коэффициента армирования;

-установлено влияние на характер разрушения, несущую способность, деформации, кривизны и прогибы, усилия трещинообразования и ширину раскрытия трещин коротких (Л.ь=8) и гибких (Хн=25) керамзитофиброжелезобетонных колонн различных коэффициентов преднапряжения при центральном и внецентренном сжатии;

- разработаны на основе данных эксперимента аналитические зависимости по описанию диаграмм деформирования керамзитофибробетона при сжатии;

- опытным путем установлено влияние на максимальные реализованные деформации керамзитофибробетона при сжатии и растяжении коэффициента преднапряжения и эксцентриситета внешней силы; предложены расчетные рекомендации по определению этих параметров;

- получены усовершенствования расчета керамзитофиброжелезобетонных колонн, которые учитывают реальное напряженно-деформированное состояние при разрушении, влияние преднапряжения и фактические напряжения в арматуре растянутой и сжатой зон;

- получена упрощенная методика определения трещинообразующих уси-

лий при учете влияния основных факторов на значения напряжений перед образованием трещин и даны расчетные рекомендации по усовершенствованию методики определения жесткостей и кривизн керамзитофиброжелезобетонных колонн на всех стадиях работы;

- разработан метод расчета напряженного состояния и метод определения прочности и трещиностойко^ти керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, в основу которых положены трансформированные диаграммы деформирования материалов;

- разработана упрощенная методика реализации диаграмм деформирования керамзитофибробетона при расчете колонн по прочности и трещиностойко-сти.

Практическая ценность работы

Разработаны практические рекомендации по расчету и проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, которые включают в себя влияние на несущую способность таких конструкций коэффициента преднапряжения, гибкости, эксцентриситета внешней силы, аналитическое описание диаграммы деформирования керамзитофибробетона, методики определения напряженно-деформированного состояния керамзитофиброжелезобетонных конструкций от действия предварительных усилий и внешней нагрузки.

Внедрение разработанных рекомендаций позволяет повысить надежность и эффективность керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием.

Внедрение результатов работы

Рекомендации по проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием используются в проектной практике в проектных организациях ООО «Севкавнипиагропром», ОАО «Ростовгражданпро-ект» и др.

Результаты исследований автора внедрены также в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете. Они включены в лекционные курсы по железобетонным конструкциям, в спецкурс, дипломное

проектирование и научно-исследовательскую работу студентов.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета «Строительство-2000», «Строительство-2003», «Строительство-2005», «Строительство-2007», «Строи-тельство-2011» Ростовского государственного строительного университета в 2000...2011 гг.

Публикации. Материалы, изложенные в диссертации были опубликованы в 15 печатных работ, из них 4 в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАКом РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах, содержит 10 таблиц, 12 рисунков, библиографический список из 131 наименования.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре железобетонных и каменных конструкций ФГБОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет под руководством доктора технических наук, профессора Д.Р. Ма-иляна и кандидата технических наук, профессора П.П. Польского.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводятся результаты исследований керамзитофибробе-тона на основе грубого базальтового волокна, особенности работы и расчета таких конструкций. Отмечены исследования K.M. Королева, Б.А. Крылова, Д.Р. Маиляна, Ф.Н. Рабиновича, A.B. Шилова. Результаты этих исследований позволяют заключить, что данный материал может быть очень эффективен при использовании его в несущих конструкциях, в частности в колоннах.

Изучению особенностей смешанного армирования железобетонных конструкций посвятили работы В.П. Артемьев, A.A. Гвоздев, Н.Г. Головин, Р.Л. Маилян, Д.Р. Маилян, С.А. Дмитриев. Несмотря на достаточно большое количество экспериментальных данных, следует отметить, что подавляющее большинство из них относится к изгибаемым железобетонным элементам. Та-

ким образом, можно констатировать, что не все вопросы проектирования и расчета железобетонных конструкций на основе керамзитофибробетона в настоящее время решены. Это особенно относится к керамзитофибробетонным сжатым элементам со смешанным армированием.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям особенности работы сжатых керамзитофиброжелезобетонных элементов со смешанным армированием, а также получению необходимых данных об их несущей способности, трещиностойкости и деформативности. Длины колонн приняты 960 мм и 3000 мм, что соответствует гибкостям Яф=1о/Ь=8 и Хь=25.

Относительный эксцентриситет е0/Ь - 0 и 0,3. Все образцы имели прямоугольное поперечное сечение 250x120(Ь) мм. Высота сечения была принята меньше ширины с целью предотвратить возможный выгиб элемента из плоскости.

В программу исследования входило изготовление и испытание 12 коротких и 12 длинных керамзитожелезобетонных стоек со смешанным армированием, которые испытывались однократной кратковременной (16 шт.), немногократно повторной (8 шт.) нагрузкой (рис. 1).

Всего - 24 колонны

I I

Коэффициент смешанного армирования

Кр=0 Кр=0,33 Кр=0,66 Кр=1

относительный эксцентриситет внешней силы

е„/И=0,3

е„/Ь=0

>„/Ь=0,3

е„/Ь=0

е /11=0,3

е„/Ь=0

Гибкость железобетонных колонн

,,/Ь=0,3

е„/Ь=0

Немногократно повторные нагружения N.. /N„=0,6

Рис. 1. Программа испытаний

Опытные образцы армировались шестью продольными стержнями высокопрочной арматуры класса А800 диаметром 12 мм.

Для оценки и характеристики смешанного армирования использовался коэффициент Кр, определяемый по формуле:

(1)

А+АР

Разрушение образцов из керамзитофибробетона происходило по заполнителю и растворной части. Время разрушения (хрупкость) существенно зависело от е0/Ь и Кр. Центрально сжатые образцы разрушались хрупко, при этом нисходящая ветвь диаграммы "Ы - 8ь" практически не проявлялась, несколько пластичнее проходило разрушение элементов с ео/Ь=0,3. С помощью осцилло-графнческон аппаратуры зафиксированное падение внешнего усилия по сравнению с максимальным значением составило до 20-25%, прирост деформации по сравнению с предельными (при Ы=Ыи) достигал 20-30%. Снижение коэффициента Кр также повышало пластичность разрушения образцов.

Гибкие керамзитофиброжелезобетонные колонны при е(/Ь=0 разрушались от общей потери устойчивости, при е0/Ь=0,3 - при исчерпании "устойчивой прочности".

При центральном сжатии наибольшая несущая способность оказалась у гибких керамзитофиброжелезобетонных колонн с Кр=0,66. Она превышала аналогичные показатели при Кр=0 и Кр=0,33. При дальнейшем увеличении Кр до 1, наблюдается небольшое падение прочности относительно его наибольшего значения.

Для коротких элементов повышение Кр вызвало снижение несущей способности керамзитофиброжелезобетонных стоек до 6%. Полученные данные вписываются в общую картину по результатам экспериментов других авторов (рис. 2).

При внецентренном сжатии (ео/Ь=0,3) даже небольшое предварительное обжатие бетона при Кр=0,33 вызвало значительный рост несущей способности керамзитофиброжелезобетонных стоек (рис. 3).

Рис. 2.Влияние уровня предварительного обжатия бетона на относительную несущую способность железобетонных колонн при eo/h=0 и Xh=60 (1); 50(2); 30(3); 25(4); 20(5); 10(6); 25(7); 8(8) 1,2,3,4,5,6- данные РГСУ; 7,8-данные автора для керамзитофибробетона при \ь=25 и 8

Рис. 3. Влияние уровня предварительного обжатия бетона на несущую способность железобетонных колонн при е0/Ь=0,3 и ^=60(1); 50(2); 40(3); 30(4); 25(5); 20(6); 15(7); 10(8); 25(9); 8(10); 1,2,3,4,5,6,7,8 - данные РГСУ; 9,10-данные автора для керамзитофибробетона при Х|,=25 и 8

При дальнейшем увеличении Кр наблюдается небольшое повышение прочности. При е0/Ь=0,3 так же наблюдается рост прочности керамзитофибро-

железобетонных стоек с увеличением Кр. Как видно из рис. 3, предварительное обжатие керамзитофибробетона ео/Ь=0,3 повышает несущую способность стоек в большой степени, чем колонн из обычного бетона.

Отношение несущей способности гибкой керамзитофиброжелезобетон-ной колонны (Х|,=25) к соответствующей короткой (^,=8) с увеличением коэффициента преднапряжения Кр возрастает.

Увеличение эксцентриситета внешней силы до е0=0,ЗЬ привело в керамзитофиброжелезобетонных элементах с Я.ь=25 к снижению уровня усилий тре-щинообразования до = (0,7...0,89)/У"р по сравнению с элементами, испытанными при е0/Ь=0.

Существенное влияние на величину усилий трещинообразования оказывает коэффициент преднапряжения, повышение которого с 0 до 1 существенно (до 30%) увеличивает усилия трещинообразования сжатых керамзитофиброжелезобетонных элементов.

В опытных элементах при уровнях нагрузки М«Ми трещины раскрывались лишь при гибкости А.ь=25 и е0/Ь=0,3. На ширину раскрытия трещин элементов е<уЪ=0,3 оказало определенное влияние коэффициент преднапряжения Кр. Так, при Кр=1 ширина раскрытия трещин составила 0,05...0,08 мм, в то время как в элементах без предварительного напряжения - 0,1 ...0,2 мм.

При увеличении коэффициента преднапряжения, кривизны и прогибы опытных образцов при одинаковых величинах внешней нагрузки снижаются. При этом наблюдается увеличение кривизн и прогибов предварительно напряженных образцов по сравнению с ненапряженными при равных относительных уровнях внешней нагрузки.

Для установления влияния повторного нагружения была проведена специальная серия опытов (8 колонн), в которых керамзитофиброжелезобетон-ные колонны (гибкие и короткие) испытывались при немногократно повторных нагружениях. Колонны этой серии подвергались повторному сжатию до уровня N^/N„=0,6 с полной нагрузкой (р=0) при относительном эксцентриситете ео/Ь=0 и 0,3. Все колонны после 25 циклов нагружений испытывались монотонно возрастающим усилием, приложенным в том же месте, до разрушения.

Наблюдается повышение несущей способности керамзитофиброжелезо-бетонных колонн: Ыи возрастает в коротких колоннах до 14%, а в гибких до 5%, а разрушающий момент Мц- соответственно до 14,5% и 12,5%. Причиной этого является повышение прочности керамзитофибробетона сжатой зоны вследствие повторного сжатия невысокого уровня. Предельные деформации сжатия керамзитофибробетона при повторных нагружениях увеличились в коротких колоннах на 16%, а в гибких - на 19%. Прогибы в гибких керамзитофиброжелезобе-тонных колоннах при усилии Чер после повторных нагружений возросли на 23%, а при усилии 1\Ги они оказались больше, чем при однократном нагружении на 6%.

После предварительных малоцикловых повторных нагружений с разрушением без изменения знака эксцентриситета происходит возрастание усилий, вызывающих образование трещин. Причем с увеличением гибкости с Хь=8 до Л.н=25 этот эффект несколько снижался.

Третья глава диссертации посвящена установлению полной диаграммы деформирования керамзитофибробетона и степени ее реализации в сжатых элементах.

В программу экспериментов входило изготовление и испытание на центральное сжатие бетонных образцов двух серий из керамзитофибробетона прочностью 35 МПа и керамзитобетона аналогичной прочности.

Опыты показали, что характер связи между напряжениями и деформациями керамзито- и керамзитофибробетона при центральном сжатии призм несколько отличен друг от друга, так, восходящий участок диаграммы "сть-£ь" керамзитобетона наклонен к оси абсцисс под меньшим углом, чем для керамзитофибробетона, а нисходящий падает более круто.

Наиболее простой по своему виду и вместе с тем наиболее полно отражающей изменение свойств бетона является зависимость, предложенная Сарге-ном и принятая нормами ЕКБ-ФИП, в которой Кь - коэффициент, характеризующий упругопластические свойства бетона. Значение коэффициента Кь для каждого нового вида бетона должно определяться экспериментальным путем.

По опытным данным были определены значения этого коэффициента: для керамзитобетона - Кь=1,79 и керамзитофибробетона - Кь=2,45.

Максимальные реализованные деформации ЕЬи керамзитофибробетона существенно зависели от эксцентриситета внешней силы режима нагружения, коэффициента смешанного армирования и гибкости их рекомендуемые значения приведены в диссертации.

По результатам испытаний опытных железобетонных стоек из керамзитофибробетона были определены максимальные деформации еы,„, реализуемые к моменту образования трещин.

Предлагается формула для определения еы,и керамзитофибробетонных элементов в виде:

1,031 - К +4,39

ЕЫи= 6,189 -К,+26,274---. (2)

е0/Ь

В четвертой главе приведены результаты усовершенствования нормативных методов расчета железобетонных колонн.

Напряжения в арматуре при исчерпании прочности железобетонного элемента зависят от максимальных реализованных деформаций крайнего сжатого волокна бетона ЕЬи и относительного расстояния арматуры до сжатой грани (где х - высота сжатой зоны, Ь„,- - расстояние от сжатой грани до рассматриваемого стержня). Деформацию на уровне /-го арматурного стержня, вызванную внешней нагрузкой можно получить из следующего выражения:

(3)

ехр

При этом напряжения при упругой работе арматуры определяются из выражения:

: Е5£ьи

(4)

Так как в расчетах прочности железобетонных элементов согласно нормам эпюра напряжений принимается условной прямоугольной с высотой х, в выражение (4) подставим хеХр=х/со, где ю- характеристика полноты эпюры

напряжений бетона при сжатии. Она может быть определена в соответствии с рекомендациями норм.

Таким образом, расчетные зависимости для определения напряжений в арматуре (с учетом и предварительного напряжения) и арматуры сжатой зоны

примут соответственно следующий вид:

/

<^;=Е5еЬи

Ю~1

^ /

/ ^ (5)

со-а

-V

ЛО--1

Предварительное напряжение и повторные нагружения оказывают существенное влияние на свойства бетона. Учет этого явления может быть произведен умножением расчетных значений Яь на коэффициенту,^, зависящий от

уровня предварительного напряжения, прочности бетона и других факторов.

Учет реальных напряжений в арматуре и бетоне при расчете прочности железобетонных элементов позволяет учитывать действительное напряженно-деформированное состояние элементов при разрушении.

Предлагается следующая упрощенная методика определения усилий трещинообразования. Фиксируются предельные деформации крайнего растянутого волокна бетона еы.и и деформации крайнего сжатого волокна бетона, реализуемые к моменту появления трещин еь,СТс- Эпюра напряжений в бетоне в момент появления трещин: прямоугольник в растянутой зоне и треугольник в сжатой. При этом угол в вершине треугольной эпюры не задается. Уравнение равновесия выглядит следующим образом:

N... + - хсгс) + А,[<Т,р + £ь.сгс(~~ - 1)Е] +

(6)

СГС Z

где х — Ь-■

Из уравнения (6) сразу без громоздких промежуточных вычислений и итераций вычисляются усилия трещинообразования Ысгс. Предлагаемая методи-

ка отличается простотой и удобством, для расчета необходимо лишь располагать двумя значениями деформаций еь1д, и £ь,сгс.

Для аналитического описания зависимости деформации Еь,сгс от основных

8кф

факторов были получены опытные значения ь,сгс. Анализ показал, что влияние основных факторов хорошо отражается зависимостью:

еь,сгс • 105 = 56 - 70 • Кр +1,06Х„ - 10е0 / Ь. (7)

Анализ полученных опытных данных показал, что при определении жесткости сечений без трещин в растянутой зоне коэффициент, учитывающий неупругие деформации бетона (0,85), существенно зависит от уровня нагруже-ния и изменяется от единицы (при низких уровнях нагружения) до 0,3 при М=МСГС. Повышение усилий предварительного обжатия сжатой зоны вызывает снижение этого коэффициента, т.к. в этой зоне напряжения от внешней нагрузки складываются с напряжениями предварительного обжатия, что увеличивает уровень сжимающих напряжений и развитие неупругих деформаций.

Теоретические значения коэффициента срь удобно определять в два этапа. На первом определяются значения коэффициента фь.шт равного <рь в момент образования трещин.

(3= 5 5 *-^-— <1; (8)

Кь.за'ЬЬо

фь,тш=1-А-р. (9)

Для опытных элементов из керамзитофибробетона значения параметра А могут быть приняты равными: при ео/Ь=0,3 /1=0,4; при е()/Ь=0 /1=0,52.

С уменьшением Мт/Мсгс от единицы до некоторого значения а<1, являющегося границей упругой работы сечения, коэффициент фь возрастает до 1.

Промежуточные значения коэффициента фь, при 1>-^Ь_>а могут быть опре-

М„„.

делены по формуле:

Ф^я^О-^). (10)

1 - а М„„

По нашим опытным данным получено при е0/Ь=0,3 а=0,45; при ео/Ь=0

а=0,26.

По нашим опытным данным значения коэффициента v определялись из выражения:

v= (Nkek+Pesp)^b

(8bc + ssp)EbZ(Vf+^)bh0 в которое подставлялись замеренные в опытах величины средних деформации бетона сжатой грани, вызванных внешней нагрузкой еЬс упругой части деформаций предварительного обжатия (ssp).

Опытные данные для керамзитофибробетона могут быть аппроксимированы двумя прямыми - горизонтальной протяженностью до M/MU=A и наклонной, отсекающей при'М/Ми=1 ординату, равную v2. В этом случае удобно воспользоваться следующей зависимостью для определения коэффициента v при M/MU=A - v=v|=0,5 по нашим опытам. При A<M/MU<1:

v,-v2 М , ч

v = v,--!--(--А). (12)

1 1 - А Ми

По нашим опытным данным получено для R =35 МПа, v2=0,26, А=0,5.

В пятой главе рассмотрены вопросы совершенствования методов расчета сжатых керамзитофиброжелезобетонных колонн.

Трансформацию диаграммы следует осуществлять умножением сопротивления бетона R и соответствующего значения деформации eR на коэффициенты kR и кЕ. Значения этих коэффициентов могут быть получены путем сопоставления результатов расчета железобетонных элементов (без учета трансформации) с опытными данными.

В.Ф. Сухманом рекомендуются следующие формулы для определения коэффициентов kR и кЕ:

(13)

О, н

ке = 1,2 • kR, (14)

где eR в %.

Значение относительной высоты сжатой зоны получают из расчета с

обычными ^трансформированными) диаграммами деформирования бетона.

Эти формулы были получены для элементов из тяжелого бетона, однако, как показали наши опыты, они могут быть с высокой степенью точности использованы при расчете внецентренно сжатых стоек из керамзитофибробетона.

При расчете керамзитофиброжелезобетонных элементов со смешанным армированием необходимо трансформировать диаграммы "оь-Еь" в зависимости от влияния преднапряжения и градиента деформации.

Определение напряженно-деформированного состояния от действия предварительных усилий основывается на следующих предпосылках:

- напряжения аь(аы) и деформации еь(еы) каждого отдельного волокна керамзитофибробетона на высоте сжатой хог или растянутой у02 зон изменяется по закону деформирования трансформированных, в зависимости от уровня преднапряжения и градиента деформаций диаграмм "аь-£ь"- Напряжения могут изменяться от нуля до ккукК(кК[уК1Кь,), и деформации - от нуля до значении больших к6уЕЕья(кЕ,уе1£ы1,),

где уа,уК(, уЕ и уЕ1 - коэффициенты условия работы, учитывающие изменения свойств бетона при предварительном напряжении;

- в качестве исходной принимается диаграмма деформирования бетона, рекомендованная ЕКБ-ФИП, которая в данном случае принимает вид:

кь

/ n е / \ £

[КУгЧ)

Г-Т"----Г ^ • (,5)

1 + (кь-2)[-5-|

Уравнения равновесия керамзитофиброжелезобетонных элементов по нормальным сечениям при воздействии усилий предварительного напряжения могут быть представлены следующими выражениями:

х02 У 02

Ь } сть(х)Эх02-Ь{аы(у)9у02-А!а5р-А;а;р=0. (16)

"02 _ _ У°/ -ъ | аь(х)(Ь-х02+х02)5х02-Ь] аЬ1(у)(уга-уо2)Эу02-

-А5а5р(Ь-а)-АХа'=0. Дополнительные уравнения могут быть составлены на основании гипотезы плоских сечений.

Вначале система уравнений (16)-(17) решается с учетом исходных (не-

трансформированных) диаграмм деформирования бетона (кя=1; ке=1; уц=1;

Производится трансформация диаграммы деформирования бетона в зависимости от градиента деформаций (первая).

После этого вновь решается система уравнений (16)-(17). Решение системы уравнений позволяет получить эпюру напряжений в бетоне, на основании которой определяются уровни предварительного напряжения каждого волокна бетона Т1Х02. =аЬхо2| /Яь и ЛУо2, = °ь,Уо2, После этого для каждого волокна

бетона определяются коэффициенты уя; и у£|. Новая связь "аь-Еь" различна для

различных волокон бетона.

Процесс продолжается до достижения заданной точности. При монотонном нагружении элемента наблюдаются две стадии работы. Предельным состояние в первой стадии работы является состояние в момент трещинообразования, при котором деформации крайнего растянутого волокна вм = 8Ь1ц (е^ > кЕ • уЕ -еык) , а напряжения, в свою очередь,

<7ь. =аЫи(аЬ1и >кк-ук-Яь,).

Вторая стадия работы характеризуется наличием трещин. Деформация

крайнего растянутого волокна над трещиной принимается равной кЕ•уе• бы, т.е. реализуется нисходящая ветвь трансформированной диаграммы "сты-Еы". Предельным состоянием второй стадии работы является состояние начала разрушения, при котором деформации крайнего сжатого волокна достигают величины ¡ь = еЬц (еЬи > кЕ • уЕ • а напряжения соответственно

сй> = аЬи (сгЬи > кК -уК -Яь).

При разрушении функция М = М(еь) достигает максимума при соответствующем значении деформации 8ь = £Ьи, т.е.

^ = 0- (18)

обь

В общем виде система уравнений статики записывается следующим образом:

} стЬ(х)вх+ь|сЬ|(у)ау + А,а,-А1'о;=0; (19)

х-И+у 0

/ а < _ у _

Ч ео+Т "Ь | аЬ(х)(Ь-х + Х)дх+ь|оЬ1(у)(у-у)ду +

^ х-Ь+у 0

+А5а5а-А;а;(Ь-а') = 0. На каждом этапе нагружения определяется усилие, воспринимаемое растянутой зоной бетона, относительно крайнего сжатого волокна:

Мы=Рь,(уь, + х); (21)

у

Р,

ы

о

ь/сты(у)ау; (22)

}сты(у)У^У

Уы=~-—■ (23)

}°ы(У)Зу о

Когда функция " Мы - еы " достигает максимума (ЗМЫ / деь, = 0), происходит образование трещин.

После этого производится трансформация диаграммы деформирования бетона в зависимости от градиента деформаций и влияния преднапряжений.

Расчет элементов с трещинами в растянутой зоне начинается с определения глубины развития трещины по формуле:

= (24)

После этого полученное значение Ьсгс вводится в систему уравнений ста-

тики, которая в этом случае примет вид:

x у-Ьсге

^-Ь_| _сть(х)5х+Ь I аЬ1(у)Эу + А5а5-А&=0; (25)

х-11+у 0

/ ^ \ X _ у-ьсгс _

^ е0+- -Ь | аЬ(х)(Ь-х + х)Зх+Ь | аь,(у)(у-у)ау +

V 2) о (26)

+А,ст,а-АХ(Ь-а') = 0.

На каждой итерации проверяется условие совместности системы уравнений. Если система несовместна, т.е. решение системы уравнений отсутствует, элемент считается разрушившимся.

В наших исследованиях была поставлена задача определения степени реализации диаграмм "<ть-еь" и "аы-ЕЬ|", которая решалась из условия ЗЫь(еь) /<3еь = 0. По результатам опытов получены значения сгои,и и стоидЛ.

Анализ полученных результатов показал, что с ростом относительного эксцентриситета внешней силы ео/Ь и гибкости степень реализации нисходящей ветви выше и параметры стои и и сои,и1 значительно удаляются от вершин диаграмм соответственно "сть-£ь" и "сты-£ы"-

Получены следующие формулы для определения ун=сг<ш.1Л^ь и Ун1=сгои,тЛ1ь,:

ун = 1 - 0,0028^ - (0,611 - 0,0154Кр) • е0/Ь. (27)

уш = 1 + 0, ЗКр - 0,0021ХЬ - 0,164 е0 / Ь. (28)

Полученные формулы имеют достаточно высокую сходимость с опытными данными, отклонения, как правило, не превышают 6 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Получены новые экспериментальные данные о несущей способности, деформативности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием (24 элемента). Дан анализ влияния на их работу коэффициента преднапряжения, гибкости конструкций и относительного эксцентриситета внешней силы.

2. Установлено, что повышение коэффициента Кр вызывает рост несущей способности гибких керамзитофиброжелезобетонных стоек при всех исследуемых эксцентриситетах внешней силы и коротких - при ео/Ь=0,3, при этом максимальный эффект наблюдается при Кр=0,66. Отношение несущей способности гибких керамзитофиброжелезобетонных стоек к соответствующим коротким с увеличением коэффициента преднапряжения возрастает.

3. Уровень трещинообразования керамзитофиброжелезобетонных колонн повышался с уменьшением относительного эксцентриситета внешней силы и ростом коэффициента преднапряжения Кр, а ширина раскрытия трещин снижалась с увеличением Кр. При одинаковых величинах внешней нагрузки кривизны и прогибы снижаются с ростом Кр, вместе с тем при равных относительных уровнях нагрузки происходит обратный эффект, т.к. несущая способность стоек со смешанным армированием выше, чем обычных.

4. После немногократно повторных нагружений (25 циклов с Мгср/Ми=0,6) при последующем сжатии до разрушения наблюдается повышение несущей способности, увеличение деформаций сжатия и прогибов керамзитофиброжелезобетонных колонн. При этом усилия трещинообразования возрастают тем в большей степени, чем ниже гибкость конструкций.

5. Опытным путем получены полные с нисходящими ветвями диаграммы "сть-Еь" керамзитофибробетона при сжатии. Установлено, что восходящий участок диаграммы деформирования керамзитобетона наклонен к оси абсцисс под меньшим углом, а нисходящий участок падает более круто, чем для керамзитофибробетона. Предлагаются аналитические зависимости по описанию диаграмм, обеспечивающие хорошую сходимость с опытными данными.

6. Доказано, что максимальные реализованные деформации сжатия и растяжения керамзитофибробетона растут с увеличением относительного эксцентриситета и снижением коэффициента преднапряжения. Предложены рекомендации по определению этих параметров при расчете керамзитофиброжелезобетонных элементов.

7. Экспериментально установлено, что предельная сжимаемость керамзитофибробетона (соответствующая достижению предельных напряжений)

на 7... 10%, а максимальные реализованные деформации сжатия на 8... 12% больше, чем керамзитофибробетона. То же отмечается и для максимальных реализованных деформаций растяжения, где этот параметр на 6...9% больше в керамзитофибробетоне.

8. Предлагаются усовершенствования расчета прочности керамзито-фиброжелезобетонных элементов, позволяющие учесть реальное напряженно-деформированное состояние внецентренно сжатых элементов при разрушении, а также влияние преднапряжения на свойства керамзитофибробетона и фактические напряжения в арматуре растянутой и сжатой зон.

9. Установлено, что неучет нормативной методикой расчета трещино-образующих усилий по ядровым моментам влияния продольных сил, приводит к существенным расхождениям опытных и теоретических значений. Дана упрощенная методика определения трещинообразующих усилий с учетом влияния основных факторов на значения напряжений перед образованием трещин.

10. Разработаны расчетные рекомендации по усовершенствованию методики определения жесткостей и кривизн железобетонных колонн из керамзитофибробетона на всех стадиях работы.

11. Предложены усовершенствованные методы определения напряженного состояния от действия предварительного напряжения и метод расчета прочности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, в основу которых положены дважды трансформированные диаграммы "аь-еь" и "аьгеы" и реальные диаграммы "ст5-е5" высокопрочной стали.

12. Экспериментально зафиксированы на диаграммах деформирования керамзитофибробетона предельные значения стои,и/11ь и стоии(/Кы, соответствующие предельному разрушающему усилию и образованию трещин керамзитофиброжелезобетонных колонн. Дана методика, позволяющая учитывать реализацию нисходящей ветви диаграммы деформирования керамзитофибробетона при расчете колонн по прочности и трещиностойкости.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах: - в 4 публикациях в изданиях, входящих в перечень ведущих периодических изданий ВАК РФ:

КМаилянД.Р., Блягоз A.M., Кургин К.В. Совершенствование расчета прочности керамзитофибробетонных элементов со смешанным армированием // Вестник майкопского государственного технологического университета. 2011. №4.

2.Маилян Д.Р., Кургин К.В. О необходимости трансформации базовой аналитической зависимости «ab-Eh» бетона // Инженерный вестник Дона: спецвыпуск. 2011.

3.Маилян Д.Р., Кургин К.В. Работа керамзитофибробетонных колонн при повторных нагрузках // Инженерный вестник Дона: спецвыпуск. 2012.

4.МаилянД.Р., Кургин К.В. Сопротивление керамзитофиброжелезобе-тонных колонн немногократно повторным нагружениям // Инженерный вестник Дона. 2012. №1.

-в 11 публикациях в других изданиях:

1. Маилян Д.Р., Хатламаджян Х.М., Кургнн К.В. Железобетонные колонны со смешанным армированием и бетоном на основе грубого базальтового волокна //Строительство-2000: материалы Научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2000.

2. Шилов Ал.В., Хатламаджян Х.М., Кургнн К.В. Керамзитофиброжелезобе-тонные элементы на основе грубого базальтового волокна // Железобетон, строительные материалы и технологии в третьем тысячелетии: межкафедральный сборник научных трудов. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2001.

3. Шилов A.B., Кургин К.В. Влияние предварительного напряжения на несущую способность керамзитофиброжелезобетонных стоек // ство - 2003: материалы научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2003.

4. Мукавеле Кремилдо Лоуренсо, Маилян Д.Р., Кургин К.В. Влияние нормативных ограничений деформаций и ширины раскрытия трещин на расчетную прочность керамзитобетонных стоек со смешанным армированием // Строительство - 2005: материалы научно-практической конференции. Ростов-на-

Дону: РГСУ, 2005.

5. Кургин К.В. Трещиностойкость железобетонных стоек со смешанным армированием // Строительство - 2007: материалы научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007.

6. Маилян Д.Р., Кургин К.В. К расчету керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием // Строительство - 2007: материалы научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007.

7. Маилян Д.Р., Чубаров В.Е., Кургин К.В. Анализ результатов численных экспериментов по оценке работы железобетонных колонн при повторной нагрузке // Вопросы проектирования железобетонных конструкций: межкафедральный сборник научных трудов. Ростов-на-Дону, РГСУ: 2011.

8. Маилян Д.Р., Кургин К.В. Влияние немногократно повторных нагружений на работу керамзитофиброжелезобетонных колонн // Вопросы проектирования железобетонных конструкций: межкафедральный сборник научных дов. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011.

9. Маилян Д.Р., Кургин К.В. Трещиностойкость и деформативность гибких керамзитофиброжелезобетонных колонн при внецентренном сжатии // Строительство - 2011: материалы научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2011.

10. Маилян Д.Р., Овсиенко Е.А., Кургин К.В. К расчету железобетонных элементов со смешанным армированием // Строительство - 2013: материалы научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2013.

11. Кургин К.В. К расчету внецентренно-сжатых колонн из керамзитофибробе-тона // Строительство - 2013: материалы научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2013.

Подписано в печать 06.11.13. Формат 60x84/16. Ризограф. Бумага писчая. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ 504/13. Редакционно-издательский центр Ростовского государственного строительного университета. 344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

ФГБОУ ВПО

Ростовский государственный строительный университет

На правах рукописи

КУРГИН Константин Васильевич

04201365960 УДК 624.012.45:624.075

Керамзитофиброжелезобетонные колонны со смешанным армированием

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель докт. техн. наук., проф. Маилян Д.Р.

Ростов-на-Дону 2013

Содержание

стр.

Введение..........................5

Глава 1. Современное состояние вопроса и задачи исследования. ... И

1.1. Керамзитофибробетон на основе грубого базальтового волокна . 11

1.2. Влияние повторных статических нагрузок на работу железобетонных конструкций..................16

1.3. Особенности работы и расчета гибких керамзитофиброжелезо-бетонных конструкций.................23

1.4. Сжатые железобетонные элементы со смешанным армированием 28

1.5. Задачи исследования..................35

Глава 2. Работа керамзитофибробетонных колонн со смешанным армированием при однократных и немногократно повторных нагружениях 37

2.1. Программа экспериментов и свойства материалов.......37

2.2. Методика испытаний кратковременной однократной и немногократно повторной нагрузкой.............. 45

2.3. Напряженное состояние элементов до загружения внешней нагрузкой ........................49

2.4. Характер разрушения и несущая способность опытных элементов...................... 50

2.5. Образование и раскрытие трещин в опытных керамзитофибро-железобетонных колоннах................55

2.6. Кривизны и прогибы опытных керамзитофиброжелезобетонных колонн........................56

2.7. Влияние немногократно повторных нагружений на работу керамзитофиброжелезобетонных колонн...........58

Выводы по главе 2....................62

Глава 3. Полная диаграмма деформирования керамзитофибробетона и степень ее реализации в железобетонных внецентренно сжатых колоннах ............................64

3.1. Основные положения, понятия и обозначения........64

3.2. Диаграммы деформирования керамзитофибробетона и их аналитическое описание...................66

3.3. Реализуемые деформации сжатия керамзитофибробетона. ... 70

Выводы по главе 3.................... 77

Глава 4. Расчет внецентренно сжатых керамзитофиброжелезобетонных элементов......................... 78

4.1. Основные положения..................78

4.2. Расчет прочности железобетонных элементов из керамзитофибробетона .......................80

4.3. Расчет усилий трещинообразования нормальных сечений керамзитофиброжелезобетонных элементов по методике норм . . 86

4.4. Влияние продольной силы на усилия трещинообразования керамзитофиброжелезобетонных элементов..........91

4.5. Упрощенная методика расчета.............. 93

4.6. Жесткости и кривизны керамзитофиброжелезобетонных стоек. . 95

Выводы по главе 4.................... 98

Глава 5. Предложения по расчету железобетонных элементов с учетом трансформированных диаграмм деформирования бетона.......100

5.1. Необходимость изменения аналитических зависимостей "сть-Вь" бетона призм для расчета железобетонных конструкций . . . . 101

5.2. Возможные методы трансформации диаграмм деформирования бетона........................103

5.3. Методика определения напряженно-деформированного состояния сжатых элементов от действия усилий предварительного напряжения на основе трансформированных диаграмм "аь-8ь" . .106

3

5.4. Метод расчета прочности и трещиностойкости керамзитофиб-

рожелезобетонных стоек.................110

5.5. О возможной реализации нисходящей ветви диаграммы деформирования керамзитофибробетона.............116

5.6. Точность предлагаемых методов расчета..........118

Выводы по главе 5........................................119

Основные выводы.....................121

Литература........................124

Приложение. Акты о внедрении результатов работы........139

Введение

В строительной индустрии в настоящее время активно применяются различные виды неметаллической фибры, одним из них являются фибры из базальтовых волокон.

Создание бетонной смеси с участием базальтовых волокон - относительно новое и перспективное направление. Первые исследования в этом направлении были выполнены в нашей стране, при этом необходимость их была обусловлена обширными запасами, дешевизной сырья и относительно несложной технологией получения базальтовых волокон.

Для получения базальтовых волокон в качестве исходного сырья используют базальты, которые представляют из себя мелкозернистые эффузивные горные породы вулканического происхождения. Базальты по своему химическому составу можно отнести к горным породам, для которых отличительно низкое содержание кремнезема. Такие волокна получают из расплавленного базальта путем вытягивания волокон из полученного расплава через специальные устройства из жаростойких металлов.

Достаточно хорошо изучено влияние базальтового волокна на матрицы, состоящие из смеси песка и цемента. Исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что прочность фибробетонов на сжатие превышала прочность неармированных образцов на 30 40%, а в случае осевого растяжения прочность увеличивается в 3,4 -г 4 раза.

С повышением прочности композита величина его предельной сжимаемости вырастает на 30 -г 45%, а предельной растяжимости - в 2 раза. Деформации ползучести при сжатии и свободной усадки и снижаются на 25 4- 40%, а деформации ползучести при растяжении уменьшаются в Зт4 раза. С увеличением количества базальтовых волокон величина модуля упругости композита снижается на 5 + 15% в сравнении с обыкновенным мелкозернистым бетоном. При уровне нагрузки 0,8 0,9 11ь величина коэффи-

циента упругости Уь изменяется в пределах 0,94 0,91, превышая значение, принятое в нормах в 2 раза.

Несмотря на высокую эффективность бетонов с базальтовым волокном, многие вопросы расчета и проектирования таких конструкций остались не исследованы.

Так, практически, недостаточно изучены несущая способность, трещи-ностойкость и деформативность фиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием. Не определено влияние немногократно повторных на-гружений на работу таких конструкций.

Требуют значительной корректировки нормативные положения расчета. Не изучено влияние арматуры класса А800 на диаграмму деформирования керамзитофибробетона. Необходимо уточнение методов расчета прочности и деформативности керамзитофиброжелезобетонных колонн с учетом трансформированных диаграмм деформирования бетона.

Этим и некоторым другим малоизученным вопросам посвящена представленная диссертационная работа.

Цель диссертационной работы: исследовать работу внецентренно сжатых гибких керамзитофибробетонных колонн со смешанным армированием высокопрочной сталью при однократных и немногократно повторных на-гружениях, усовершенствовать нормативные расчеты таких конструкций, а также расчеты с учетом полных трансформированных диаграмм деформирования керамзитофибробетона.

Автор защищает:

- новые экспериментальные данные о несущей способности, деформативности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием; анализ влияния на их работу при однократном и немногократно повторном нагружении коэффициента преднапряжения, гибкости и относительного эксцентриситета внешней силы;

- полученную экспериментальным путем полную с нисходящей ветвью

диаграмму "<Ть-Еь" керамзитофибробетона при сжатии и аналитическую за-

6

висимость по описанию этой диаграммы;

- рекомендации по определению максимальных реализованных деформаций сжатия и растяжения керамзитофибробетона от относительного эксцентриситета, гибкости и коэффициента преднапряжения;

- разработанные предложения по усовершенствованию расчета прочности керамзитофиброжелезобетонных элементов, которые позволяют учесть реальное напряженно-деформированное состояние внецентренно-сжатых элементов при разрушении и влияние преднапряжения на свойства керамзитофибробетона;

- рекомендации по совершенствованию упрощенной методики определения трещинообразующих усилий с влиянием основных факторов на значение напряжений перед образованием трещин;

- предложения по определению жесткостей и кривизн железобетонных колонн из керамзитофибробетона на всех стадиях работы;

- методики определения напряженного состояния от действий предварительного напряжения и расчета прочности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием с использованием трансформированных диаграмм деформирования материалов;

- разработанную приближенную методику учета реализации нисходящей ветви диаграммы деформирования керамзитофибробетона при расчете прочности и трещиностойкости колонн.

Достоверность научных положений и выводов, касающихся расчета керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием подтверждается научной обоснованностью и статической надежностью при обработке большого количества результатов тщательно проведенных экспериментов.

Научная новизна работы:

- впервые получены экспериментальные данные о работе керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием при однократном и немногократно повторном воздействии с широким варьированием

7

гибкости, относительного эксцентриситета внешней силы и коэффициента армирования;

-установлено влияние на характер разрушения, несущую способность, деформации, кривизны и прогибы, усилия трещинообразования и ширину раскрытия трещин коротких (Л.ь=3) и гибких (А-ь=25) керамзитофиброжелезо-бетонных колонн различных коэффициентов преднапряжения при центральном и внецентренном сжатии;

-разработаны на основе данных эксперимента аналитические зависимости по описанию диаграмм деформирования керамзитофибробетона при сжатии;

- опытным путем установлено влияние на максимальные реализованные деформации керамзитофибробетона при сжатии и растяжении коэффициента преднапряжения и эксцентриситета внешней силы, предложены расчетные рекомендации по определению этих параметров;

- получены усовершенствования расчета керамзитофиброжелезобе-тонных колонн, которые учитывают реальное напряженно-деформированное состояние при разрушении, влияние преднапряжения и фактические напряжения в арматуре растянутой и сжатой зон;

- получена упрощенная методика определения трещинообразующих усилий при учете влияния основных факторов на значения напряжений перед образованием трещин и даны расчетные рекомендации по усовершенствованию методики определения жесткостей и кривизн керамзитофиброжелезобе-тонных колонн на всех стадиях работы;

- разработан метод расчета напряженного состояния и метод определения прочности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, в основу которых положены трансформированные диаграммы деформирования материалов;

- разработана упрощенная методика реализации диаграмм деформирования керамзитофибробетона при расчете колонн по прочности и трещиностойкости.

Практическая ценность работы:

Разработаны практические рекомендации по расчету и проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, которые включают в себя влияние на несущую способность таких конструкций коэффициента преднапряжения, гибкости, эксцентриситета внешней силы, аналитическое описание диаграммы деформирования керамзитофибробетона, методики определения напряженно-деформированного состояния керамзитофиброжелезобетонных конструкций от действия предварительных усилий и внешней нагрузки.

Внедрение разработанных рекомендаций позволяет повысить надежность и эффективность керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием.

Внедрение результатов работы:

Рекомендации по проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием используются в проектной практике в проектных организациях ООО "Севкавнипиагропром", ОАО "Ростовграж-данпроект" и др.

Полученные результаты исследований внедрены и в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете - они включены в лекционные курсы по железобетонным конструкциям, дипломное проектирование, спецкурс и научно-исследовательскую работу студентов.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета «Строительст-во-2000», «Строительство-2003», «Строительство-2005», «Строительст-во-2007», «Строительство-2011» Ростовского государственного строительного университета в 2000...2011 гг.

Материалы, изложенные в диссертации, были опубликованы в 15 научных статьях, из них 4 в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАКом РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах, содержит 10 таблиц, 12 рисунков, библиографический список из 131 наименования.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре железобетонных и каменных конструкций ФГБОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет под руководством доктора технических наук, профессора Д.Р. Маиляна и кандидата технических наук, профессора П.П. Польского.

Глава 1. Современное состояние вопроса и задачи

исследования

1.1. Керамзитофибробетон на основе грубого базальтового волокна

Создание фибровой арматуры из базальтовых волокон многообещающее направление в сфере технологий и проектирования конструкций, развивающееся в последние годы.

Базальтовые волокна обладают рядом преимуществ: волокна не теряют своих свойств в щелочных и кислых средах; не токсичны; не образуют взвешенной в воздухе пыли, вредной для органов дыхания; не горят, при нагревании вплоть до плавления не выделяют токсических веществ.

Исследования, проведенные в данной области дали возможность установить существенное повышение (по сравнению с обыкновенными бетонами) ряда наиболее важных свойств фибробетонов с применением грубого базальтового волокна. Например, в 1,5 -г 2 раза увеличивается прочность бетона на осевое растяжение. В свою очередь, в 1,2-ь 1,3 также увеличивается прочность на осевое сжатие. Величины деформаций ползучести и усадки при сжатии понижаются на 20 -г 30 %. В процессе приготовления фибробетона важным моментом является как верный выбор и рациональное сочетание исходных материалов, так и технологический процесс их производства [98, 101]. В процессе приготовления фибробетона, вопрос о равномерном распределении базальтовых волокон по всему объему бетонной матрицы является одним из наиболее важных.

В работах [67,71,74] был сделан вывод, что наиболее приемлемым способом изготовления базальтофибробетона является метод принудительного перемешивания, так как в этом случае имеют место более высокие прочностные показатели по отношению к другим способам приготовления базальтофибробетона.

В метод принудительного перемешивания имеются разные технологические приемы. По раздельной технологии необходимо предварительно при-

готовить цементно-песчаный раствор, после чего в него добавляется необходимое количество волокон и далее получившуюся смесь перемешивают 45 секунд. Цементные оболочки, образующиеся при этом на частицах песка, снижают абразивное действие песка на волокно. Это способствует его максимальному сохранению. После этого вводится крупный заполнитель и подается воду, а после этого смесь окончательно перемешивают. Общее время перемешивания не должно составлять больше 5 минут. При принудительном перемешивании уплотнение смеси осуществляют с помощью площадочных вибраторов, так как применении глубинных вибраторов в фибробетоне могут образовываться цементно-песчаные пробки, в значительной мере снижающие его прочностные показатели.

К достоинствам принудительное перемешивания можно отнести отсутствие необходимости наличия специальной технологической линии или дополнительного оборудования. Как приготовление смеси, так и ее транспортирование могут осуществляться обычным способом. При использовании принудительный метод можно получать конструкцию любой формы.

В исследованиях [74] получены экспериментальные данные, на основании которых изучены изменение во времени прироста прочности керамзи-тофибробетона в зависимости от вида фибры и от процента фибрового армирования определены минимальные значения процента насыщения бетонной матрицы фибровым волокном различного вида и критическая величина дисперсного армирования.

В ходе исследований, выполнявшихся в РГСУ [112-114, 117, 118], в случае изменении процента армирования грубым базальтовым волокном в диапазоне (j.f=10-r 15 %. был отмечен наиболее существенный прирост прочности на сжатие. Максимальный прирост прочности на сжатие (в пределах 25 -г- 30 %) достигался при значении процента фибрового армирования [11=15 %. При величине процента фибрового армирования fj.t=20 %. наблюдалось некоторое