автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Конструктивные и технологические пути повышения трещиностойкости и морозостойкости предварительного напряженных железобетонных конструкций

КАЗАХСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Г Б ОД На правах рукописи

3 МАЙ 1335 МАМОНТОВ Юрий Алексеевич

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И МОРОЗОСТОЙКОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальности:

05.23.01 — строительные конструкции, здания и сооружения

05.23.05 — строительные материалы и изделия

А ВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Алматы, 1996

Работа выполнена на кафедре «Технология строительных материалов, изделий и конструкций» Казахского химико-технологического института.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор М. К. ТАХИРОВ;

— доктор технических наук, 'А. Т. АУБАКИРОВ;

— доктор технических наук, профессор

В. И. СОЛОВЬЕВ.

Ведущая организация — КазНИИССА

Защита состоится « »_ 1996 г. в_ ч.

на заседании специализированного совета Д 14.03.01 в Казахской Государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 480043, г. Алматы, ул. Рыскулбекова, 28. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 480043. г. Алматы, ул. Рыскулбекова, 28, КазГАСА, специализированный совет.

Автореферат разослан « »_ 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

К. С. ШИНТЕМИРОВ.

Актуальность. Предварительно напряженные железобетонные конструкции находят широкое применение в транспортном, энергетическом, водохозяйственном и других-видах строительства. Опыт использования преднапряженкого железобетона в инженерных сооружениях в виде шпал, плит аэродромных покрытий, опор НЭП, оросительных лотков и др. доказывает их высокую эффективность. Вместе с тем, в результате расширения географии применения преднапряженвых железобетонных конструкций особое значение приобретает учет действия собственных напряжений, напряжений, вызванных рабочими нагрузками, совместно с температурными и влажностными воздействиями среды. При определенном их сочетании создается реальная угроза преждевременного разрушения конструкций до исчерпания стойкости и несущей способности бетона. Так, морозостойкость предварительно напряженных железобетонных элементов в 2...5 раз меньше, чем морозостойкость бетона, из которого они были изготовлены. В связи с этим возникла необходимость в дальнейшем развитии теории и практики по снижению.уровня нерегла-ментированного напряженного состояния бетона конструкций в период их изготовления и эксплуатации. Решение данной проблемы позволит значительно повысить экономичность и долговечность инженерных сооружений.

Наиболее уязвимым местом предварительно напряженных конструкций являются их концевые,участки, трещиностойкость которых из-за действия местных растягивающих напряжений и распорного действия напряженной арматуры весьма низкая. С целью снижения вероятности образования продольных трещин в большинстве случаев используется пассивные методы, такие как установка косвенной арматуры, снижение величины передаваемого арматурой усилия обжатия, увеличения передаточной прочности бетона и т.п. Все' эти мероприятия требуют дополнительных и нередко весьма значительных затрат без гарантии закрытия проблемы, т.е. "болезнь загоняется внутрь". Поэтому изыскание путей повышения грещиностойкости концевых участков преднапряженных элементов с позиции смягчения или даже устранения причин образования внутренних трещин и значительного увеличения сроков службы их в условиях эксплуатации является весьма актуальным.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Казахского химико-технологического института, координационным планом комиссии "Доэксплуаташгонные воздействия на железобетонные конструкции" научно-координационного совета по бетону и железобетону Госстроя СССР, планом научно-коор-

г

дшшцаоиюго совега Маязуза д Гясзтро» К¡цзахедой 60Р«- ведомоI-воиньига пяааама сшггэ-ЕОЕОгрукгзрокйх с яауадю^иаоледсвавель-аких работ Шиграласгроя, СССР и ШшЕлсвгроя ЕахОСР.

Надь и задана работы, Целью даооаргацЕэшюй раЗоты яадяат-ол георагичэакоз ж оксперг^енгальное обоснована® .тохколэгичэ©-2шх и конструктивних путей довшшнш. трг^'ллстойхостп в оразот стойкооти предвари г ель но шпрякзншх нагозобатоннах такагруз-цай за' очэг совершенствования огевдосэй' технологии а. н.згоеоб-лаяш, впвшшльадй подготовка арьптури, вз-здошш в ¿стон деид-фяруюшвд добавок, нзмзнодая раоунка вывтупоз пгзаздшЕзекого профиля £ с. а.

Для. до® темни. поставленной дала яьобхедеэ-резага! следую-с^ие задача:

1. Разработай, георегичзокиз полояешя о ¡вй^онс^рдосеях формирования цапряЕзаЕО-дефорщровашаго е6«тоянш богода в концзвых участках конструкций.

2. Сформулировать принципы прогнозщюваддн о точности конструкций и-разработать, приеш обеспечения равдой кзрэзовтой-коети изделий и бэгоаа, из которого ош Езгогстдшш».

3. Разработать нормативные докуьвнтыддя кассового езполь-вания ■ дредлокешшх приемов в яэнзтруйрозаагз, равтате-а технологий изготовления железобетонных.изделий.

Научвая новизна. Сформированы прздсЕ^влгп^л о причинах преждевременного раэдгЕЗяая в' условиях зЕсалуахацкя ряда предварительно напрясондих Еблозобегонках кэкотрудцдй ( е22л»шш« аэродромных д дорошшд покритпа, оросител^сах лотков» о сэр ЯЭИ и др.) ,<осяолаонва ш учзгз'сф$окга налоге или а еуьиаро-' вандя собстЕепшх напрягаю!! в Сзгоез концзвых у-гаетков зле-изнгов с. напрясзшшш».надзхиошил^л от акдосфоряях воздойст-вий.

Цредяоаена фаэачеокая' издсс. работы оцепления, ознованная на учете изменения сдар^сг^ссгэто состояния оезтсш при переизданиях и взашанх сизкзниях ср_птура н йокцед- д да зтой основе предложен новый крнггряП оценка яапряадн&фгЬ-" состояния кондовых участков конструкций » цодакшБоагь коягактяого слоя мввду ар о турой и ботокоы.

Цредлэген ка тематический аппарат для определения распределения кояхактшх напряжений ш длине зош передачи уешшй обжатия, ¿йкиае для определения работы ецзплешя и образования про дольках и поперечных тре^щ.

Выявлена зависн^эеЪъ мекду величиной мевтных раотягиваших напряжений, характером дг раопрадалания аэ длине зоны анг.эрэвгл и податливо о тыз контактного олоя. На этой основе предложены технологические н конотруктивныэ пути пэвышэшзя гре^иноогой-кооти и морозоотойко.стя' конструкций.

установлено влияние на стойкость концевых учаоскоз конструкций податлйЕооти контактного елоя, являшзися функцией режима передачи напряжений при отпуске иатязенда арьатурн, демпфирующих споооЗновтэй композиций для покрытия, аркатуры л пористой присадки к кзлкому заполнителю, равушгов выотупов пзр^оди-чзского профиля. ар;,а туры я других параметров, оушеотЕзняо ваз-ных при-проектирований, изготовления и эксплуатации пзлозобе-тонных конструкций.

Показана качественная и количественная зависимость величины- проскальзывания арматуры а податлпвостя контактного олоя от режима передачи уоилий и передаточной прочности батона при с тупа и чатом отпу'ске натяжения арматуры.

установлена Зависимость меаду раопорностыэ арматуры и рп-еунком' выступов периодического: профиля, чтй позволило разработать малораепорный и экономически эффективный вид арштуры, обладающей новым фактором ецэпленЕЯ - внутренним заклиниванием, который позволяет снизить вероятность образования продольных трещин»

Выявлена зависимость между передаточной прочностью, бетона, режимом отпуска натяжения арматуры и характером внутреннего гре.цияообраэоваяня.

Развиты теоретические полокения зависимости стойкости бетона- от его напряденного состояния и установлены причины,механизм и факторы, определяете характерные разновидности разрушения железобетонных элементов в результате многократного замораживания и оттаивания.

Практическое значение работы. Дредловеян конструктивные и технологические приемы повышения т£ецзностойкоети ко'нцввкх участков предварительно напряженных келезобегоншх конструкций, снижения их материале- и энергоемкости, увеличения срока слугбы в условиях многократного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания и -других атмосферных воздействий.

разработана ь:етодяка расчета контактных, усилий и растяги-ваодих яапряаенай в зона анкеровкп, позволявшая на этапе проектирования повысить качество конструкций.

Установлена редапгура поддаврдамвнтных композиций, исйоль-зуемых в качестве демодируюарй просдонкн иэиду бетоном и арматурой для сшжеяия кзешпс шпрякеяий в зоне та активного взаимодействия, повышения прочности и морозостойкости сцепления.

разработан метод регулирования напрясавлого состояния бетона концевых учасгков железобетонных элементов'.аа счет ступенчатого отпуска натяжения арматуры в процессе тепловой обработки ( авт.св-во к<- 1203ьШ ) и установлены его оптимальные ре&имы.

Разработаны методики оценки экономической вффекхивяосги периодического профиля и исследования оцепления бе гона с арматурой практически любого профиля на стадии ег® разработки ( авт. св-во М 953496) .

Разработаны варианты малораспорной стержневой арматуры с экономически и технически эффективным зигзагообразным профилем ( авг.св-ва ¡¡# 953ц40, 15Ли42 и 1562716) .

Установлено, что введение в состав природного песка мелкого пористого заполнителя снижает уровень растягиваюшдх напряжений и вероятность образование дрезин, а такие повышает морозостойкость конструкции.

Разработан ряд методик и приборов для определения: напряженно-деформированного состояния бетона и арматуры в зоне их взаимодействия; объема вЪвлечанного воздуха в бетонной смеси; площади поперечного сечения ариатуры и доли металла, приходящейся на выступы; а также для исследования сцепления арматуры с бетоном, для 'наблюдения за процессом трец^инообразования в бетоне контактного слоя и др, (авт.св-ва 179526Ь. Ь77434, 932249, ЪоХ613 ) .

Внедрение результатов. Принщш учета влияния напряженного состояния бетона концевых учасгков предяапрякенных конструкций и метода его уменьиения использованы при разработке ГОСТ 10629-7ь "Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колеи 1520 ми. Технические условия".

Возможность увеличения трещиностойкости торцов железобетонных изделии и снижения передаточной прочности бетона при ступенчатом отпуске натяжения арштуры в процзссе тепловой обработки отражена в рекомендациях по регулированию напряжения в арматуре, разработанных совместно'с НЮТБ Госстроя СССР.

Технические условия на плоскую и овальную стержневую арматуру, включаюшде основные параметры Зигзагообразного профиля,

разрабопхы по результатам лабораторных и частично прдкнпязн-ных яспягаяяЛ.

На освове полученных в работе данных изданы рекоивадшиш по определенно экояоиачеяцрй вффекгивноити рииушш пераедамес-кого профиля артатур*, се мподмеваяию в качевгве квлксго заполним* гр$ яулирвваяноге шлака фвеф*реого про изводе тва. Одяо-взтвевыв пряопоряыв каркасы, о тапки для изготовления нераскру-чивашяхвя спнралеи, •сгупенча.шй отпуск натяжения аркатуры в период тепловой обработки иэфалин внедрены на заводах 2БИ П.О. "Югсгройконсгрукцгя" и "Аагюбннскстрой",

Да защдту выносятся,. Основы теории р&очега технологической гре^иностойкости, эксп ер иментальные данные о причинах, механизме и характере'деформирования, трещин ©образования и разрушения бетона концевых участков преднапряхеиных ьедезсйе тонных конструкций при передаче уоилий обжатия и чередующихся воздействиях среды.

Конструктивные- и техвелогичзокие приемы', способствующее онижению уровня папря?.эиного соогояшя и уменьшающие опасность внутреннего гре-снообразоваяия в бетоне по длине гены аякеров-ки.

Результаты нселаяовашя деформирсвааия бетона, поэтапно на-грукаешго в процессе тепловой обработки, и изменения при этом его деформагивно-нрочносхных характеристик; взаимодействия бетона с арштурой при ступенчатом отпуске ее натяжения и наличии демпферного слоя между тин.

Принцип проектирования рисунка периодичеекоге профиля сгер-гшевой арматуры, обеспэчивагаего, пэшшэ каде&ного сцепления и незначительной распорное«!, высокую экономическую эффективность по использованию металла»

Основные законошрноста влияния пара мэтров армирования и свойств бетона на кинетику деструктивных процессов, происходящих в железобетонных элементах в условиях многократного замораживания и оттаивания.

Метода экспериментальных иссдедовадЕД-рабэты арматуры и бе-тока в зоне их акгизяоге вагиагадвйохвия.

Адррбзшя прлучен"чх. Материалы диссертации бы-

ли долокены на II Всесоюзных, 5 республиканских и региональных конференциях, совегрнаях и на 18 вузовских научных конференциях. Стергшевая арматура с зигзагообразным периодическим профилем оточена в 1982 г. Бронзовой издалью ВДНХ СССР. Некоторые прак-

тические разработки выставлялись на ВДНХ СССР в 19ЬЬ г., и на ярмарке Н'Щ-и9, на выставке "Наука" в 19ь4 г. в г.Алма-Ате. Работа заслушала и обсуждена на ме»кафедральном семинаре строи-гельно-техволагн че,с кого факультета Казахского химико-технологического ансгитуга. По материалам работы издана «биография.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, об^л выводов, списка литературы и приложений, имеет 429 страниц. дащияопионого текста, в ?ом числе 142 иллюстрации и 33 таблица, список литературы - 282 наименования.

содаш работы

Предварительно напряженные железобетонные конструкции, отличаясь целым рядом положительных свойств и качеств, характеризуются. сложным напряженно-деформированным состоянием их концевых участков.

Значительные растягивагацие напряжения в зоне анкеровки при передаче усилий обжатия могут привести к образованию в бетоне продольных трещин. Их длина и ширина раскрытия зависят от прочности бетона, вида и диаметра арматуры, величины передаваемого напряжения, режима отпуска натяжения, арматуры и ряда других факторов. Многолетний опыт изготовления и эксплуатации конструкций показывает, что продольные трещины образуются даже при наличии значительного количества косвенной арматуры, сникая несущую способность и долговечность изделий.

Природа существования местных растягивающих напряжений в концевых участках изделий такова, что избежать их появление в зоне анкеровки не удается. Но снизить их разрушающее действие на бетон можно и должно. Исследованию этого вопроса посвяцены работы О.Я. Берга, А.А.Гвоздева, М.Е.Гибшмана и Г.В.Кизирия, И.Гийона, Б.С. Гольдфайна, С.А.Дмитриева, Т.Ж.Жунусова, Н.И.Карпенко, В.М.Кольне-ра, С.А.Мадатяна, Р.Л.Маиляна, Н.А.Маркарова, К.В.Михайлова, Н.М. Мулина, В.А.Невского, А.А.Оатула, Л.Пахолика, В.В.Серебренникова, С.М.Скоробогатова, Г.Н.Судакова, Р.Боуса, И.Гото, А.Лосберга.Г.Ма-ниеля, С.Мориты, В.Стоуна, Г.Рэма и многих других. В основном эти работы направлены не на изыскание методов уменьшения величины растягивающих напряжений, а на изучение причин их возникновения., на разработку методик расчета распорных напряжений, определения длины и ширины раскрытия продольных трещин, расчета количества косвенной арматуры и т.д.

Исследователей и практиков, как правило, настораживает лишь тот момент, когда они в состоянии обнаружить трешину, замерить ее длину раскрытия. То есть, ситуация считается опасной

тогда, ко?даувыходит на поверхность конструкции и раскрывается на определенную ширину. Однако исследования Н.И.Карпенко, М.М.Холмян-ского и др., а также наш опыт показывают, что предтечей появления продольных трещин является внутреннее трещинообразование. Цри этом количество микро- и макротрещин в околоарматурной зоне бетона может быть весьма значительным. Поэтому в зоне передачи напряжений и бетон, и контактный слой, и сама анкеровка арматуры,, обес-

печенная прочностью сцепления, находятся в критическом состоянии: любое кеханическое, физическое и химическое воздействие приводит к нарушению хрупкого равновесия. В эксплуатационных условиях трещины получают импульс к своему дальнейшему развитию, прочность сцепления падает, арматура проскальзывает вглубь конструкции,что в конечном итоге приводит ее к полному разрушению. Подтверждением этому служат результаты наблюдений автора за работой струно-бетоняых шпал, опор ЛЭП, оросительных лотков, плит аэродромных и дорожных покрытий-и других предварительно напряженных конструкций в различных регионах страны.

Существование преднапряжеаного железобетона, как конструкционного материала, обязано наличию связи арматуры с бетоном и сопротивлению их взаимному смещению. Полнота передачи усилий с арматуры на бетон и обратно, вовлечение их в совместную и согласованную работу характеризуются прочностью связи, распределением напряжений по длине заделки арматуры в бетоне, эпюрой касательных напряжений, деформативюотъю анкеровки, эффектом расклинивания бетона, величиной взаимных смещений и т.п.

Передача усилий с арматуры на бетон сопровождается появлением местных растягивакщих напряжений. Природа их возникновения в концевых участках железобетонных элементов обусловлена несколькими причинами, важнейшими из которых являются:

- распор, возникающий от взаимных смещений арштуры и бетона;

- давление арматуры на бетон в результате увеличения поперечного сечения стеркня при отпуске предварительного натяжения;

- криволинейносгь силовых линий в переходной зоне, характер кривизны которых вызывает поперечные сжимающие или растягивающие усилия.

Величина растягивающих Напряжений, характер распределения их интенсивности по длине заделки связаны в первую очередь с взаимодействием выступов или вмятия арматуры с бетоном и определяются рисунком профиля, конфигурацией и размерами выступов, а также прочностными и деформативными свойствами бетона.

Для изучения комплекса вопросов, связанных с" совместной работой арматуры- с бетоном, автором была разработана принципиально давая методика, которая позволяла наблвдатъ за перемещениями продольно-фрезерованного плоского арматурного стержня и контактного слоя бетона через стекло. С помощью специального устройства осуществлялась непрерывная регистрация этих перемещений, рис.1.

Установлено наличие двух разновидностей характера внутреннего

трещинообразования при передаче напряжений обжатия с арматуры на бетон, зависящих от его передаточной прочности.

При относительно высокой прочности, порядка 20 МПа и выше,на всем протяжении передача напряжений арматура проникает в бетон плавно. Бетон же, окружакщий арматуру, увлекается ею, и плавно' сжимается лишь в начальный период. При увеличении передаваемого напряжения он начинает небольшими рывками перемениться в направлении обратном сжатию. Скачкообразные деформации бетона свидетельствуют о процессе трещинообразования в контактном слое. Трещины развиваются от поперечных выступов арматуры и направлены под углом 45-60° к ее продольной оси. По мере удаления от арматуры ширина раскрытия трещин уменьшается, рис.2а.

Иная картина внутреннего трещинообразования наблюдается при передаточной прочности бетона порядка 15 МПа и ниже. В этом случае, трещины образуются по обе стороны арматурного стержня. Они извилиста и вдут'вдоль арматуры на некотором удалении от нее.развиваясь по контакту цементного-камня с зернами крупного заполнителя. При этом очертание трещины повторяет классическую кривую наибольших касательных напряжений сцепления. Малопро^ый бетон, обладающий повышенной деформатив ¿Гостью сжатия и смятия, подвержен значительному' уплотнению в околоармагурной зоне, которая и сдвигается относительно остального массива,рис.26,

Увеличение передаваеШх усилий с арматуры на бетон сверх он- . ределеннбй величины способствует перерастанию сети мелких внутренних' трещин в магистральные наружные трещины вдоль арматуры с (различной шириной раскрытия и .развития в длину. Их появление приводит, с одной стороны, к снижению прочности, жесткости и грещи-ностойкости конструкций при статических и динамических нагруже-няях, к снижению сопротивления' их многократно повторяющимся тем-перагурно-влажнсЗстным воздействиям окрукакщей среды и, с другой стороны,, к -уменьшению эффективности применения арматурных сталей высокой прочности.

При1 выдергивании арматурного стержня из бетона его перемещения относительно стекла и бетонного массива происходят по сложной зависимости, напоминающей затухающую синусоиду рис.3. При этом колебания совершаются относительно затухащей кривой, выражающей зависимость -перемещений арматуры от податливости заделки и подчинявшейся некоторому экспоненциальному закону

а(Х) = •

-Ю

где д - средняя величина перемещений стержня за первый полупериод ,

& - расстояние от торца элемента, - податливость контактного слоя.

Затухание колебаний перемещения стержня происходит в результате расходования и диссипации энергии на деформирования контактного слоя и бетонного массива., а также на трение. При перемещении арматуры происходят периодические превращения кинетической энергии движения V в потенциальную энергию и системы и наоборот. Последняя, состоит из потенциальной энергии растянутого стержня ир8 в каждом сечении и потенциальной энергии вырывающей нагрузки. Часть энергии передается бетону, который деформируясь, накапливает свою потенциальную энергию и^ • Энергию растянутого стержня и сжатого бетона определяют из выражений:

где /, = ¿/£"5 - податливость стержня, = "По-

датливость бетона, 8-перемещение.

При достижении в каком-либо сечении потенциальной энергией величины свыше критической, происходит образование трещины, что выражается в сбросе потенциальной энергии и превращении ее в кинетическую энергию движущихся в противоположные стороны раско-лайшихся контактного слоя и бетонного массива. Максимальная величина амплитуды перемещения арматуры на некотором участке соответствует наибольшей величине накопленной потенциальной энергии в стержне. Зта точка совпадает с расположением трещины. ЬЬкси-мальное значение потенциальной энергии в контактном слое располагается в сечении с минимальным значением перемещения стержня. Так как затухающие колебания перемещений наложены на среднюю затухающую кривую перемещений, полные перемещения арматурного стержня в любом сечении определяются из выражения

с - с -У* / I

д(х) = Л1,е. ' З1п(и)х ч-а} г

где 5„- максимальное перемещение стержня в первом полупериоде;

и) - частота колебаний; равная ¿тс а - начальная фаза; Т - период колебаний.

г;

Характер перемещений арматуры по длине зоны анкеровки

Л = б

-ч>1

Рис.З

зона онкероВки

Расчетная схема ж.б. элемента при отпуске натяжения арматуры

Рас.4

Распределение контактных усилий по длине зоны анкеровки

о. /л) — ,П- сЬпх

Рис.5

расстояние от торча прюмъ)

Частота колебаний изменения перемещения стержня и) зависит от свойств-контактного слоя и бетона, а амплитуда §(х) помимо этого определятся такке величиной напряжений.в стержне. Полная энергия системы,'арматура-бе тон" на участке 1 = склады-

вается из потенциальной энергии , накопленной бетоном, и потенциальной энергии ирв растянутого стержня.

Как известно, отношение.двух последовательных максимальных т амплитуд характеризует степень или скорость" затухания^/^^е ,

Разность логарифмов этих величин ес.ть логарифмический декремент затухания перемещений арматуры и бетона по длине заделки:

гЬ = 1рТ.

Как видно из приведенных зависимостей, в основе всех характеристик взаимодействия арматуры с бетоном лежит податливость контактного слоя Ц? . Для снижения амплитуды изменения перемещений арматуры и бетона или, что то же самое, для снижения неравномерности накопления потенциальной энергии по длине зрны анкеровки необходимо обеспечить ах совмеогную работу через контактный слой, ~ характеризующийся большой податливо с гь в. Шк правило, это материалы, обладакщие свойством демпфирования.

При упруго-пластической работе сцепления решащую роль в его надежности и долговечности играет концентрация напряжений и де- -форшцай в местах приложения нагрузки при любом ввде взаимодействия арматуры с бетоном: отпуске натяжения арматуры или ее выдергивании из бетонной призмы. Под концентрацией понимается резкое местное изменение поля напряжений и деформаций, вызванное изменением размеров и формы выступов или вмятин периодического профмя арматуры, а также условиями внешних воздействий ("силовых или' температуряо-влажяостных) . Концентрация напряжений от геометрических факторов тесно связана с распределением контактных напряжений я взаимных смешений бетона и арматуры.

Расчет распределения контактных усилий и напрджений .произведен на трехкомпонентной модели: арматура-контактный слой-бетон, нагруженной в процессе отпуска натяжения арматуры ^рис.4). Уравнение совместности перемещений

8к(х)-6к(0)

показывает, что разность перемещений арматурного стержня л к/ и бетона , есть разность дефоршций контактного слоя в -

рассматриваемом сечении - (л) и в начале координат - &к(0).

Начало координат расположено в конце зоны анкеровки или середине яелезобетонного элемента.

Под действием контактных усилий перемещения контактного слоя будут пропорциональны, его податливости 1р . Отсвда уравнение распределения контактных усилий по длине зоны анкеровки запишется в виде

о/х) = р-п .сЬпХ, г £>Н пВ

где Р - усилие в арматуре, п =у~- , /=А_Л,

0. - длина заделки, При пВ 5тг ёНпР ^ ск-пР = е В этом слу-

чае = рл.

Располагая экспзрменгальшш данными о перемещении (проскальзывании, втягивании) арматуры на торце конструкции Ь(В) при определенной величине переданного усилия Р , не превышающего прочность упруго-пластического сцепления, мокно определить податливость контактного слоя

V = - 8*(Е)

Универсальность этого выражения заключается~в том, что оно справедливо для любой арматуры: стержневой, проволочной и канат-. ,ной любых диаметров.

В случае выдергивания арматурного стержня из бетонной призмы, опертой торцом, в последних двух выражениях необходимо принимать Р ~ + Рг.

Расчетные и экспериментальные данные показывают, что контактные усилия и напряжения распределяются по. длине заделки крайне неравномерно. В местах их концентрации, вблизи мест приложения нагрузки, они, как правило, превышают прочностные характеристики контактного слоя и окружающего бетона. В связи с этим работа, осуи^ествляемая при передаче напряжений, обеспечивается силами упруго- пластического сцепления в глубине заделки, и силами трения или пластического течения в зоне нарушенного сцепления. Контактные усилия на этом участке, длиной , будут постоянными, равными прочности"упруго^изастичесного сцепления^ ^рис.5 У

Из выражений п ни = М следует, что

при одной и той же, прочности сцепления д, ..предельные усилия упруго-пластического сцепления в арматуре Р^ могут меняться в

широких пределах в зазисшлооти от подаеадссзта юзигакздого- слс£* То есть, более податливый контактный слой'позгаяяо® передать большую величину предварительного капря^зния о арматуры на ботсл до момента достиазния увилшша сдагшгния продельного значздда.

Для уменьшения концентрации коятакгшх напрягеддй у мест приложения нагрузки и более равномерного их распределения до даш-не зоны анкеровки необходима обэспсчить повышенную податливость контактного слоя Ц> при достаточно высокой жеоткости аркатуры

Е^ А5 и бетона ЕЛАЁ . В идеальном случае при абсолютно равномерном распределении контактных усилий их величина составит , где £=¿/2 , Ь - длина элемента. После образования поперечных конусообразных или так называемых "главных" трещин выражение для определения ширины их раскрытия можно записать в виде

5тр 5с = Р/Ее _;Р + уМгр,

где 8К раскрытие от прогиба бетонной консоли шкду двумя смежными выступами, дем - дополнительное раскрытие от смятия, ртр - усилие в стержне, £тр - длина трещины,

й — некоторый приведенный момент инерции,

- податливость контактного слоя, ЛГгг - давление в основании трещины. Работа силы, разрывающей контактный слой, расходуется на потенциальную энергию изгиба и смятия консоли и на создание новой поверхности:

Атр = Р„8тр = —— + -+ А„.п.

гДе А „,п. - работа образования новой поверхности.

По гипотезе Риттиягера АИП.= 2Ауд ¿Т/> В , где В- геометрическая характеристика, зависящая от формы и размеров выступа арматуры; Д ^ - удельная работа разрушения.

После соответствующих преобразований удельную работу разрушения можно найти из выражении

Ртр / ¿V» г?

А а / с;;. + у>л/т_

А«э нМ-пКъег-э г гр

Из анализа полученной зависишсти следует, что с повышением податливости контактного слоя увеличивается значение работы раз-

рутения. Иными словами, чем выше податливость, тем большую работу необходимо совершить для поддержания развития трещины.

Обеспечить соосность передачи контактных усилий с^ с осью арматуры не представляется возможным. В результате под выступом арматуры действуют касательные напряжения сцепления и по-

перечные напряжения распора р , находяц^еся в определенной . зависимости друг с другом: р^ — <ссщ ■ ctg ipK. Законы распределения контактных усилий, касательных напряжений и распора аналогичны, т.е. максимальным значениям контактных усилий соответствуют максимальные значения тг<4 и р .

Поперечное давление арматуры на бетон, распор, может в некоторых случаях привести к образованию радиальных трещин, которые при развитии и выходе на наружную поверхность образуют продольные трещины, приводящие к раскалыванию бетона вдоль арматуры.

. В основу расчета окружных (кольцевых) напряжений от распора была положена известная задача Ляме по определению напряжений в толстостенной трубе, нагруженной внутренним давлением. Анализ полученных зависимостей показывает, что радиальные трещины зарождаются на границе бетона с арматурой, т.е. в контактном слое. Поэтому для повышения трещиностойкости необходимо всемерно повышать предельную растяжимость и прочность на растяжение контактного слоя, вплоть до его искусственного создания. Увеличение толщины защитного слоя бетона "а" уменьшает величину окружных растягивающих напряжений &ь , что следует из выражения:

2R;

где R и R - наружный и внутренний радиусы бетонного цилин-" дра (R равен радиусу арматуры ) ,

Л - толщина защитного слоя бетона.

Уменьшение расстояния между арматурными стержнями приводит к, возрастанию растягивающих напряжений в результате их суммирования ('наложения )

76=Р _+ (¿-К*)2],

где i> - расстояние между'стержнями, 2, - текущий радиус.

Возникновение и развитие продольных трещин возшжно в том

.случае, когда полная потенциальная энергия, накопленная бетоном под действием контактных напряжений, превысит энергию, необходимую для образования новой поверхности, т.е.

ЧЪ

где И - энергия, необходимая для образования продольной

Ар. тр.

трещины.

Работа сцепления арматуры с бетоном может быть определена при использовании выведенных зависимостей распределения контактных усилий .по длине зоны анкеровка и'вызываемых ими перемещений:

с р 1р £ ьр '

где Вр - дайна зоны анкеровки, &(■*)— У;

Одну и ту же работу сцепления на одном и том же пути, например на длине зоны передачи напряжений, стержень может совершить при различном распределении контактных усилий. !Еак при жесткбй заделке'основал часть работы будет совершена на небольшом участке у торна конструкции. При наличии же податливого контактного слоя работа, также как и усилия сцепления, будет распределена по длине зоны анкеровки более равномерно. 1кким образом, не изменяя длину зоны передачи напряжений, определяемую величиной взаимных смещений 6(2} или дд , прочностью бетона, величиной передаваемого напряжения и диаметром арматуры, можно регулировать напряженно-деформированное состояние концевых участков конструкций посредством изменения-податливости контактного слоя.

Результаты теоретических я экспериментальных исследований позволили автору сформулировать основные положения рабочей гипотезы.

Концевые участки предварительно напряженных железобетонных конструкций характеризуются сложным напряженно.-деформированным состоянием. Оно не остается стабильным во времени, ^од влиянием температуры и влажности окружакщей среды [попеременное замораживание-оттаивание, увлажнение- высыхание, нагревание-остывание^ а также при механическом воздействии возникают неоднородные поля напряжений и деформаций с многочисленными очагами концентраций. Складываясь с уже существующими напряжениями, они могут вы-

Установка для изучения работе контактного слоя бетона с арматурой

1 - борта формы, 2 - стекло, дно формы, 3 - арматурный стержень, 4 - риски на стекле.

Рис. 1

Характер трещинообразования в бетоне зоны передачи напряжений обжатия

А - прочность бетона 20 МПа и более, Б - то же 15 и менее Рис. 2

зывать деструктивные процесса. Наступает новый этап работы концевых участков. Значительная часть хрецьщ в околсарг^турной вонз, не представляйся собой хлкой-лсбо опасно с та в Езрабочал сосгоя-нии, в условиях эксплуатации становится Ьчагсл. орозкого шш _ иного усталостного разрушения. Этот процесс, происходящий в начале практически с постоянной скоросхью, опроделяэай уровнем напряжений, с теченизи времени, т.е. с увеличением циклов воздействия, приобретает лавинообразный характер, 'Конструкция довольно быстро выходит из строя,.

Уменьшение величины местных растягивавших напрякедай является экономически выгодной'и технически целесообразной инженерной задачей. Поэтому автором была предпринята попытка комплексного подхода к решению проблема снигешя напряженного'состояния концевых участков преднадрякеяных железобетонных конструкций и изучению сопутсгвукщйх явлений, приводящих к изменениям технологических режимов, расхода материалов, арматурной стали, энергии и физико-механических свойств конструкций (рис.6).

Снизить максимальные контактные напряжения в зоне их концентрации за счет увеличения податливости система "арматура-бетон/ как нам представляется, возможно несколькими путями:

- покрытия арматуры демпфирующими композициями на основе полиме- -ров;

- расположения выступов периодического профиля на поверхности арматуры, обеспечивавшего некоторую подвккку стержня относительно бетона перед окончательным заанкериванием за счет внутреннего заклинивания;

- повышения податливости бетона за счет раннего нагрукения.т.е, в процессе гидратации цемента и формирования структуры, например в процессе тепловой.обработки;

- использования композиционного эффекта для повышения податливости, основанного на внедрении в жесткую матрицу бетона равномерно распределенных компонентов с высокими демпфирунцими свойствами, например, пористого песка, мелкодисперсных пузырьков вовлеченного воздуха и др.

Уменьшить опасный уровень местных растягивающих напряжений возможно конструктивными методами за счет:

- увеличения расстояния между арматурными стержнями;

- уменьшения диаметра арматуры;

- увеличения толщины защитного слоя бетона;

- передачи напряжений через анкер при непрерывном армировании.

Реализация перечисленных конструктивно-технологических!чарие-мов сулит получить множество технических и экономических преимуществ по сравнению с существущим положением дел в технологии изготовления преднапрякенных конструкций. Прямым результатом их осуществления является снижение величины максимальных значений растягивающих напряжений в концевых участках, что повлечет улучшение прочностных и деформаглвяых характеристик конструкций, уменьшение расхода косвенной арматуры в зоне передачи усилий обжатия, возможность увеличения передаваемого усилия обжатия, т.е. расширения области применения высокопрочной стержневой арматуры до класса Ат-Х и выше, а также повышение в несколько раз морозостойкости изделий. 1фоме прямых результатов, направленных на снижение местных растягивающих напряжений, внедрение вышеозначенных мероприятий дает возможность значительно снизить затраты' на производство и эксплуатацию преднапрякенных конструкций.

Влияние демпферного слоя на основе полимеров между арматурой и бетоном на величину и характер -распределения местных растягивавших напряжений

Взаимодействие арматуры с бетоном происходит через, так называемый, контактный слой, расположенный мевду. стальным стержнем и бетонной оболочкой. Именно в нем зарождается сеть мелких трещин, развиваются неупругие деформации и формируются клинья спрессованного бетона, которые являются одной из причин возникновения распора. При прочих равных условиях момент тре1цинообразования зависит от предельной растяжимости контактного слоя и податливости бетона под выступами, т.е. от его деформативности при смятии. Поэтому, искусственное создание промежуточного слоя между арматурой и бетоном из полимерцементяых композиций, обладающих на порядок меньшим, чем бетон, модулем деформаций и значительно большей предельной растяжимостью, обеспечивает благоприятные условия дяя равномерного распределения передаваемых арматурой усилий, и снижает вероятность появления и развития трещин. Кроме этого, покрытие арматуры композициями на основе полимеров защипает ее от электрокоррозии.

Наилучшими показателями обладают Цементно-эпоксидная композиция состава 1:3 и цемёнтно-полистирольная - состава 1:5 (полимер :цемент) .

Анализ диаграмм распределения контактных усилий и кольцевых оастягивающих напряжений по длине заделки позволил установить,

\

?го полшярцемвятаые композиции, нанесенные па арматурные стеряна, повывая прочность оцепления, уменьшают длину участков с нару-взшым сцепяеяпзм ; рниеаюг величину максишльннх напряжений на загружённом конце; более равномерно распределяют контактные усилия, вовлекая в работу сцепления вою дошяу заделки (ряс*?).

. установлено, что степень выравнивания контактных уошшй по зоне аякеровки завиои! от податливости контактного слоя, в частности от модуля упругости полимерцемеятной композиции. Чем он "мэныеэ, тем меяыгэ - понцэятрация напряжений.

Обладая высокой прочностью при растпзении полимерцементные композиции способна воспринимать значительные кольцевые растягивающие напряжения, уменьшая вороякость образования радиальных трещин. С помощью глубинных гидроизолированных тензодатчиков, раополокеншх по длине зоны анкеровки в отрунобетонных шпалах, было установлено, что в некоторых сечениях образцов величина местных растягивающих напряжений превышает почти в 2 раза расчетное сопротивление бетона на растяжение. Максимальные их значения наблюдаются по верхному горизонтальному ж крайним вертикальным рядам арматуры, что обусловленно малой толщиной защитного слоя бетона. В верхнем ряду она колеблется от 1...2 мм до 15 мм.

Покрытие арматуры полимерцементными композициями значительно снижает величину растягивающих напряжений,переводя их в разряд неопасных.

Результаты, исследования прошли опытно-промышленную проверку при изготовлении железобетонных шпал на Сергелийском заводе,где • была выпущена и испытана бойьшая партия шал, армированных проволокой, покрытой цемеятно-эпокседной и цемеятяо-полис тирольной композициями. Испытания показали, что изменяя-прочностные и де-формативяые свойства контактного слоя мааду арматурой и бетонным массивом можно активно воздействовать на формирование напряженно-деформированного состояния в зоне аякеровки.

Ступенчатый отпуск натяжения арматуры в процессе тепловой обработки бетона

Длина-зоны передачи напряжений,при прочих равных условиях, зависит от передаточной прочности бетона. Регулируя величину передаваемого напряжения в соответствии с изменявшейся во времени прочностью бетода , т.е. оставляя соотношение / постоянным, можно добиться неизменности длины зоны передачи на-

Влетие bsjspataa iijokuosi ¿5 Epil падамер-адмеит-шмл гатшицияш ш расцЕэдадгзе ггстягяггг^ах сзирзхгвиай.

МПа

V* L - без инфзвш Z - cajjarza дс^уяял-адэсг 3 - rasparso uc^jeteo-eojcc stepoibeoo

\nlr \

- —$—

Загруженный тарец

10

Рас „7

15

&iuua призаы

В. см

Влияние режима отпуска иагявения ар-^атуры на величину ое проскальзывания

6" МПа

*Р>

SOD

чаи 300

SOD <00

too зов iво чоо soa еао ко х - одноступенчатый,о - двухступенчатый, о - трехступенчатый, д— ежечасный отпуск натяжения Рис.8

S3

¡цряззшй. Исходя а зтоД прздпооцлкл, яакд установлено, что отпуск натягандя арматура кззио производить глогократно» ступенчато .3 цроцзссз теплого Я' обрабогка ездэдяй. Дрл згем тзхнически просто рзалпзувтея полоппгогьднЯ еффзкт. раннего гагрупзния бетона.

Тапя дерздачз напрЛпэшШ о арматуры да тазрде'пцнй батон по-аг*дя8Т пспЗльзоЕать его-внеокуп дефорттявность в раннем возраста для обеспзчзная-согласованной работы с арматурой в зоне анке-.рошш. Тгзрлсяна ботогз в оголоардатурной зоне, нагруженного в раннем возрасте, цротзглот в условиях способствупцих дополнительному уплотненна и упрочазДлз структуры в результате измзне!шя взаимного расположения чаотэд; релаксация напряжений и их выравнивания по оеязнию и по длине иелозобе тонного элемента в проме-аузках кзяду этапами отпуска иатямная арматуры; механическому, модифицированию, структура бетона, в особенности в шпонках, при воздействии выступов арматура на них, что приводит к пластическо-1ду течении или агьшьчэнпо структурных составлявших бетона и, следовательно, к уганыквию внутреннего напряженного состояния; интенсивному залечиванию розмокных внутренних тра^ан продуктами новообразований и т.п. Результаты нагрукения бетонных призм в процессе тепловой обработки показали, что степень уплотнения структуры зависит от момента и интенсивнооги нагрукения; При этом, чем раньше и .чаще1 осуществлять силовое воздействие, тем больший наблвдается аффект уплотнения,

Деформативность нагружённого в процесое тепловой обработки бетона в несколько раз меньше» чем у ненагрукеиного.

Раннее нагрунение- сказывается и на улучшении сцепления цементного камня с заполнителем за счет развития пластических деформаций, которые помимо уплотнения структуры, улучшают контакты мзвду отдельными частэдаш и увеличивают их плоя^дЖ» В-период тепловой обработки развитие процессов ползучести под нагрузкой выравнивает напряженное состояние бетона, вызванное температурными деформациями. Ползучесть проявляется наиболее интенсивно в первые полчаса после нагружения, затем постепенно затухает и может, в зависимости от величины нагрукения, совсем прекратиться. Это происходит в результата стремительного уменьшения интенсивности нагружения с ростом прочности бетона. Нами установлено, что многократное нагружена« бетона в период тепловой обра-, ботки значительно, до. 25$, умзяытв» величину длительной ползучести и примерно на столько se повидается прочность. Исследования показала, что суммарное проскальзывание / сшщ»нив) арматура

при многократном ступенчатом.отпуска ее натяжения в период тепловой обработки всегда меньше, чем смещение при однократном отпуске при той же конечной передаточной прочности батона, рио.8. Частые силовые воздействия совершенствуют структуру бетона. Здесь имеют место все вдды отклика цементного камня на раннее нагрукение: уплотнение, появление новых контактов, разрушение слабой структуры и формирование более плотной и т.п. Это дало возможность рекомендовать снижение передаточной прочности бетона на последней ступени, отпуска' арматуры до 5С$ от проектной, что позволяет значительно сократить время тепловой обработки изделий.

Податливость контактного слоя' с повышением передаточной прочности бетона'падает, в начале резкО| а затем медленно, асимптотически приближаясь к предельной" величине,рис.9.'

Анализ экспериментальных данных испытания бетонных призм,армированных стержнями ф 16АГ~У показал, что изменение податливости в' зависимости от роста прочности бетона можно определить из выражения .

и?' 10^ = 27,4 - 4.22Я. + 0,27^ + 0,00761?* + 0,000081?^

Г ьр ¡р б? ьр

При,одной и той же величине передаваемого с'арматуры на бетон усилия в концевых участках элементов возникают, в зависимости от передаточной прочности бетона, различные по значению растягивающие напряжения. При мащой прочности бетона распределение напряжений по'длине зоны анкеровки происходит более равномерно,рис.Ю.

При ступенчатой передаче напряжений закон изменения податливости контактного слоя ико$. Первая ступень нагружения резко меняет деформативяые характеристики бетона. При этом податливость контактного слоя уменьшается примерно до одной и той же величины, независимо от интенсивности и срока нагружения. Последующие этапы нагружения изменяют податливость, но уже в определенной зависимости от сроков и интенсивности нагружения.

Величина модуля упругости бетона после раннего нагружения находится из выражения

где - начальный модуль упругости свободно твердевше-

го бетона к моменту Т , £ ('п"''с) ~ то«, нагружённого интенсивностью б/Я .

Ззгзсзйзет» raœmasoeta nasraxtöaro стоя от

ботсза

\ y^SW-mR+Otfif+Q 0076ft*+Q OOOO&R*

--Г-

5- io 15 га 2S D fjtfiq

РйО 9 niptgamo^HQSi прочность of

Распродвлепзо рзлтягтшз^п папрягсззпй по длппо зоны ашсерошш в заетсвшста от передаточной прочсостя (íatosai

& го is ¿ см

smtapa&et

ÎE8.1Q'

(

К - коэффициент пропорциональности, в нашем случае К =• 1,6^.

.Полные относительные деформации бетона е результате оиловых воздействий 'находят из выражения ) =. J + £пл Ц.),

где Ь - - продолжительность наблвдения,

£ и £п~ соответственно упругие и пластические (ползучесть) у * деформации.

После отпуска натяжения арматуры под действием поперечных усилий распора развиваются радиальные и окружные деформации контактного слоя-и бетона. В результате сдерживавшего влияния бетонной оболочки и поперечной аршгурн, если таковая присутствует, -полные деформации остаются неизменными во времени. Это возможно в результате роста деформаций ползучести за очет уменьшения упругих. Этот процесс сопровождается падением напряжений, т.е.их релаксацией. Известно, что способность структуры к релаксации напряжений определяется ее пластичяоогълэ: чем пластичнее материал, тем, в общей случае, меньше время релаксации. Особенно это относится к бетону, нагруженному в раннем возрасте.

Быстрый рост прочности в процессе тепловой обработки обуславливает столь же быстрое возрастание модуля упругости бетона и снижение интенсивности' нагрукения . Образующиеся в про-

цессе гидратации новообразования наслаиваются на уже сформировавшуюся и деформированную предццущкм нагрукением первоначальную структуру бетона. По мере роста контактной прочности происходит перераспределение напряжений. Химическая контракция, вызванная гидратацией цемента, также способствует снижение внутренних напряжений.

Поскольку полная деформащя на каждой ступени загружения не изменяется во времени и равна начального значению е. (О), учитывая закон Гука,шжно записать

гДе б(О) - напряжение в начальный момент времени после очередного этапа отпуска арматуры, £у(О)- модуль упругости бетона в этот момент.

Отсюда выражение дош полной деформации, учитывая изменение упругих и пластических деформаций во время тепловой обработки, примет вид

Л

где кзра памучэстя богода, опрздегшбьзл )датэ;аиостьа

ЕагрусзнЕЯ а юзразгом йетоед,. •С - пкугр-я глордината згрзизш кзвду ступеням идгру-:

гпяпя п- * а п , ± - врзш,

£ - модуль дсфог-эдп!! ботогл в зависало та от пягзя-снвяостд нагругзагя. и цемэнга яабдгясяая.

Роезяеэ данного слрасэнля относительно гздус^го значэяга на--прязення давх еозкэеяоогь прослэдить за релаксацией напряжений в прог.эжугм срекеня мзвду двумя, бьзкншл ступенями догружения. '

Анализ оксавриуэйтадьннх а расчетных данньос со результатам двух-« трехступенчатого! и ежечасного отпуска на тяга ноя арматуры показал, что передача напряжений на бетон отупевши в период тепловой обработка приводит к значительному, в насколько раз, уменьшению растятиваыцих напряжений. Это происходи в первую очередь в результате релаксации напряжений. С повышением проадоота бетона уменьшаются абсолютные значения упругих деформаций, поэтому падение напряжений происходит столь быстро, что к началу следующего этапа отпуска арматуры бетон'оказывается иногда полностью разгруженным (рис.11? . ,Кромз этого, снижение максимальной вели-1шш растягивающих напряжений обязана более равномерному их распределению по длине зоны анкеровки, обусловленному выоокой подат-1ИВостью контактного слоя в' раннем возрасте бетона. •

Наблюдения за работой сцепления при ступенчатом отпуске натя-сэния плоско-фреззроваяной арматуры показало, что в - зависимости »г ¿сонечной передаточной прочности бетона дажно подобрать такой южим передачи усилий обжатия, который способен полностью исшш-шя> внутреннее грецднообразованяв. Это дает возможность сокра-:ать расход косвенной аркатуры и улучшить работу концевых участков ри эксплуатационных и атмосферных воздействиях.

Опыт изготовления и результаты испытания реальных конструк-•дй а лабораторных, образцов позволил автору разработать рекомен-ацая по изготовлении преднапряженнше железобетонных изделий с

ИПа

Вддякпо parren отпуска катявсаяя арматуры на вэлдзану растшпадздс х напрясзпвй

ni И5

ы ж Ñ\ 1.

3 * е 8 1D BPU2ro

Обозначения те sa, что на рвс.в

Рве.11

Влхянне рисунка периодического профиля на прочность к податливость СЦОПЛвНЕЯ,

про екал tAbt&imuz ормапи/ры Swu $fMKM К- круглый, тл&дхяй, С - стакдвртннй норноде-чеохого лрефяля, 3 - эяствгообрадиШ префша

RkJJS

здадаччЯ уоишж обжатая ва бетой поэтапно в период тепловой об-ййвйш.

ЗЁггагвобразный рисунок выступов периодического Е$ефядя стержневой аркатуры и особенности его работы о бетоном

Наличие распора .бетона арматурой обязано ее периодическому ЭСфаад* а величина раопора-расунку расположения, форме и разме-¡ст г-ЗТупоа. При стандартной стэраяевой арматуре трещины в бетоне т^а отпуске натяжения ¡также появляются от выступов.

СугротвуЕцив периодические профили Н.!Ц Цулин разделил на ирз группы: заклишвашдеся (канаты ) , сманапцие (стержневая ) I сд22гавщав ( арматура о часто расположенными выступами или впа-^даиз небольших размеров ) . Шабсльшей прочноотью сцепления об-здавт заклинивашаяся арматура, но она является и наиболее рас-Яраой» Наименьшей прочностью оцепления характеризуются сдвигаю-;гэ профили, но зато они почти не создают распора.

Ц?и проектировании новых малораопорных а экономичных црофи-;ой аркатуры «йсхЬдили из того, что для обеспечения' максимально озмзтшой податливости контактного слоя и включения в работу на астявениа выступов арматуры необходимо создать непрерывность в рододьном направлении и бетонных шпонок, и выступов, фи этом дя обеспечения необходимой прочности сцепления взяты атрибуты аклнйивапцейся арматуры, а характеристики сдвигающей- для умень-енпя распора.

Выступы в стандартной арматуре почти не участвуют в работе теркня на растяжение, а на их долю приходится до 15% металла.

За основу было взято ребро, образующее с осью арматуры неболь-ой угол, а для обеспечения сцепления выполнили -его зигзагообразны. "Шкие ребра могут располагаться вдоль стержня на его поверх-ости с совпадением по фазе или быть смещены на полпериода.

В случае совпадения зигзагообразных ребер по фазе их можно аспсшожить на стержне значительное количество. Образуемая между Збрами бетонная шпонка при взаишых смещениях арматуры и бетона аклинивается. При этом, в силу того, что отдельные отрезки зиг-агообразной шпонки являются друг для друга контрфорсами, созда-гся условия препягсгвущие ее скалыванию от продольных сил.

При расположении ребер со смещением на полпериода бетонная понка также заклинивается, испытывая двустороннее поперечное об-атие. Кроме того, непрерывность бетонной шпошш, в отличие от сдельных кольцевых бетонных консолей, характерных для стандарт-

ной стержневой арматуры, повышает ее сопротивление продольному скалыванию.

Работа зигзагообразных префаяей изучалась на плоских образцах, моделях профилей,Гавт.ов. Р 953496 ) , о различными параметрами рисунка: шагом и ашдитуДой зигзага, расстоянием между ребрами и их высотой, углом шдду осями образца и выступа.

Относительно низкая податливость заделки предложенного профиля,по сравнению со стандартным, на' первом -етапе нагрукения обьяа няется спецификой работы бетонной шпонки, заключенной мэвду зигзагообразными выступами, по всей длине- заделки. Здеоь в работу включается как бы весь массив бетона. Это происходит до момента нарушения адгезии стали к бетоцу. Дальнейшая работа оцепления претерпевает резкое изменение /'рис42)-. В связи с малым углом зацепления выступов за бетон- происходит интенсивное скольжение арматуры, что вызывает выравнивание напряжений по длине заделки и разгрузку наиболее опасных, с точфз,зрения трещинообразования, зон. Увеличение передаваемых усилий приводит к внутреннему заклиниванию, характеризукщицуся высокой прочностью оцепления в сочетании с большой податливостью.

Величина податливости зависит от степени вовлечения в работу бетонной шпонки, заключенной, между выступами. Последняя же определяется геометрическими параметрами рисунка выступов профиля, а некоторых случаях вся шонка выступает в роли контактного слоя, степень объемного обжатия которого и, естественно, состав определяют величину податливости.

Увеличение шага или уменьшение амплитуды зигзага вызывает уменьшение угла наклона, что сопровождается уменьшением прочности и увеличением податливости сцзпления. Оно почти не изменяется с изменением расстояния мевду ребрами, а увеличение высоты ребер повышает прочность сцепления. Оптимальным углом найлона ребер является 14°, при этом обеспечивается равная со стандартной арматурой прочность сцепления и высокая экономичность стержней, за счет вовлечения металла выступов в работу на растяжение.

Установлено, что зигзагообразный профиль при взаимных смеще-нчях арматуры и бетона создает меньший распор. Разрушение' сцепления, как правило, происходит от продергивания стержня, а не от раскалывания образца, что характерно для стандартной арматуры.

Сцепление зигзагообразного профвдя обеспечивается новым фактором - внутре^нш заклиниванием, епособствущим более равноьззр-ному распределен*»-напряжений сцепления по дликз заделки, «то-

(пттельло..ум?£{ыпа5 гашшшу кзегшх растягивающих напряжений, [а рда?2 представлен» насколько вариантов профилей арматуры с отзагеобрздяшд ряеуиссаг нЕОтудов.

Шюекоеп'аптедеобразяой поперечное сечзняе арматуры, обладая ¡олыаой удобной поггргдоотьп, сбвспачивает повышенную прочность цзплзгая. Крсг.э- отзго, такую арлшуру южно смотать в бухты в стока прогдта, что счзйь важно для тер^зчески. упрочненной стали ысоких марон Ат-Н я еиез.

Роль комйяагроЕаяного заладяатзля в гашении местных раотягЕладчЗх напряжений

При формовании железобетонных паделий вокруг арматурных стерж-ей и между выступами периодического профиля создается промежу-очный слой, состояний из растворной части бетона. Толщина и войства этого слоя зависят от состава, удобоукладываемосги и пособа уплотнения бетонной сюса, расположения арматуры и т.п. зрвыми воспринимают усилия, передаваемые выступами арматуры, асгворные шпонки, которые сатем передают их опять- таки через той цемэнтне-яеочаного рартзора остальному бетонному массиву, ээтому от свойств растворной части бетона зависит работа сцеп-5ния, вероятность возникновения тег -лди иных напряжений и юс зличина, характер внутреннего грецинооб^азования и возможность «ода трещин на поверхность изделий.

Установлено, что снизать уровень напряжений в структуре бе-эна, вызванных передачей усилий обжатая, усадкой, чередущими-1 воздействиями среды и т.п., можно путем введении в состав мел->го заполнителя определенной дола демпфирующего компонента,ьб-щающего пониженным модулем уцругостз.яо сравнения с обычным гском. В качестве такого компонента глггет служить, лкбой порис-1й песок. 4

Проведенный комплекс исследований влияния комбиж'.реганного ¡лкого заполнителя на работу армапуры в бетоне позволяет сформировать следующие полегания:

- смещение арттурц^йрй отпуске ее натяжения несколько увешивается,на 10... .15«.

- замена части кварцевого песка яа пористый,способствует 1Вномерному распределению сил оцепления и уменьшению растяги-¡вацих напряжений в зола адкоровки, споссбсгвуп^нх снижению роятности внутреннего трс-цаосбразопаяля при отпуске натяже-д арматуры.

а

И

Рис.13 Виды стержневой арматуры о зигзагообразным рисунком выступов; а) А.о. № 953840; б) A.c. № I52I842; Н) A.c. В 1582716.

Работа концавнх" утаоткоа прадеадрязонянх кзлэзобэгошшх злоцздтов в условиях язрвдущяхоя тзнпэратурно-влакноотссс воэдайотвий

Большое число предксщретвшшх хелазобатонных конструкций работает в условиях многократно повторяющихся гемшратурно- влан-ностннх воздействий. Это шалы, лотки, опоры ЛЭП, аэродромные покрытия и т.д.Срок их службы в некоторых олучаях бпваот крайне невелик. Характерно о разрусеяиэ этих конструкций, начинаЕцзеся о горцов, обязано наличии в концевых участках ме о тшх ра о тяг ива ю-щихнапряжений.

! Г.И.Горчаков, В.М.Москвин, А.И.Подвальный, С,В.Шестоперов,и др.доказали, что батон в уоловкях замораживания и оттаивания очень чувствителен к малейшим изменениям напряженного состояния, особенно к раогягивапцим напряжениям. Поэтому на наш взгляд испытание на морозостойкость может служить методологичеогсим инотру-гантом, дедикатором по определению влияния различных конструктивно-технологических приемов, направленных на уменьшение напряженного состояния железобетона вообще и в его концевых участках, в частности. В качестве критерия оценки морозостойкости железобетонных элементов приняты проскальзывание (укорочение) арматуры и рост необратимых йродольных и поперечных деформаций бетона.

Исследования позволили установить существование двух разновидностей разрушения преднапряженных элементов в зависимости от морозостойкости и передаточной прочности бетона, являющихся следствием двух разновидностей внутреннего трещинообразования при передаче напряжений обжатия. При .морозостойкости порядка 200 циклов и прочности свыше 40 МШ механизм разрушения можно представить следущим образом. Укорочение арматуры происходит после первых же циклов замораживания и оттаивания, за счет уплотнения бетонных шпонок между выступами арматуры и некоторого расширения бетона. Смещение арматуры вызывает появление дополнительных распорных напряжений. Раоклинивакцее действие арматуры, наличие в бетоне концевых участков сети внутрэняих трещин ускоряет разрушение бетона при попеременном замораживании, и оттаивании, которое происходит уже по всему объему концевого участка и сопровождается ростом поперечных, а затем и продольных необратимых деформаций бетона. Локальное разрушение концов элемента становится настолько интенсивным, что полное разрушение их, внр>ажапцееся в осыпании бетона и обнажении арматуры, наступает намного раньше,

<гзм происходит зргцщообразоЕаиас в Соло о удаленных от торги уасг'Еах.

Вторая разыоЕЦЦЕООть' разруеэшя сабадаотся у эло^зеюв ез-соговленних па кэпоо 13£©з«ото£и>го и прочкого богахл (Ирз 100160 циклов) . В е»эц случае ш екорооп> укорочсц^я epiasypa п.характер разрусэши рэсас^зо едеяпеэ оказигарт рост иобратс.ах дгфоршцай саюго.бзтоид, согорыэ в продол^со:: шпрагглеоп бнзе-eüdt дополнительно eobxüeseä напрженш, а в лодорочноы - огр^з' арматуры от ботокл.Карусэлпо сцошешя приходит к значительным окащениям арматуры и раскалыванию бетош вдолг>-, нее. ПроскзлъзнЕая вглубь конструкции, арматура уже не в ооотояши надолго заанке-ригьоя и на новом участке, где таксе вовшкавт растягиваема напряжения. РазрушеяЕЭ всей конотрукцаи наступает задолго до исчерпания бетоном способности сопротивляться заморахнваща и оттаиванию.

Влияние яешторцх конструктивных и технологически факторов на моро з о с то йкос гь преднапряаенного железобетона

С увеличеккзм диамз^ра арматуры резко возрастают- значения передаваемых усилий обжатия и мастных растягивахцах напряжений, при снижении удельной поверхности сцепления.

Исследование морозостойкости схрунобетояннх элемзнтоз' показало, что проскальзывание проволоки i 5 Вр II вдет вдвое быстрее, <гзм проволоки {5 3 ш.

уменьшение расстояния мекпу стержнями вызывает -появление дот полнлтельннх растягивавших напряжений, стремящихся расколоть бетон по плоскости, проходящей через оси этих сторздой. В условиях многократного замораживания и оттаивания ува после первых циклов близко расположенные друг к другу стзргш яафиают проскальзывать вглубь элемента и буквально через 10...20 циклов приводят к .растрескиванию торцов, даже при высокой гарозосгойкости бе тога.

Попарное расположение проводок 'настолько ослабляет прочность сцепления, что скорость их проскальзывания' па отдельных этапах испытания более чем в 2 раза превышает скорость укорочения одиночных струн. Отсвда слсдуст, что скорость разрушения торцов железобетонных элементов во тэгом зависит от абсолютного значения передаваемого усилия с ариатуры ш бетон. Полу чанные резуль-г тати дают основание утвйрвдать, что признание в качестве арматуры попарно располокэлша шш свитых проволок большого диаьзтра, а также канатов чревато ьщзгократшы снижением надежности коя-

отрукцпй, р?.3атаг.~нх з кггалпх плккггя?осст: условии» Знзчпгола-по снизать Еэлпчкзу !.'.зо2азх сзпряясапЗ а штатам раесзр созюп-по при' репрарнпгзм аргтя^огляич ^о.р.опт^тй.пеяо^зуя слутрангло бзтокйца ангара, вокруг которах гагакавтся прогэлогз. Изрозостой-кость таких конотрукццй оцэшЕгзгся юрозостойвэогьэ ботопэ. изрзд анкером,

При налицо Гяон распределении см обглтия арматура резко изменяется пеличлт л расположена действия г/лксцг.пльп'-З: растягивавших напряжений, прп этом чем блпта арматура расположил к наружным гранят.!, тем болыпэ вероятность вознлкпомшя продольных тре--лн и проскальзывания стержней при заморапиваша я оттаивании.

УганьЕвиие.тоягтц .з^иугуро моя батога отзывает большее влияние на разрушение ¡железобетонных элементов при воздействии 'лороза, чем .укэньшвниа расстояния между стержнями при невыгодном зх расположении,по сечении. Поэтому толщина заветного слоя должна назначаться какситально возможной, с учетом конструктивных, технологических и экономических соображений.

Покрытие аркатуры полкяерцэменгни.ш композициями сникает ветчину максимальных значений местных растягаващях напряжений. Сроке этого, обладая высокой морозостойкостью, они дольше сохраняют сцепление, не допуская больших смежней аркатуры, и тем са-<ым исключают появление дополнительного распора, роста необрати-мх деформаций бетона и, в конечном итоге, .его разрушения. Испытания показывают, что независима от вида профиля арматуры покры-:ие ее полимерцеменгными композициями повисает морозостойкость щепления в начальный период испытания в 1,5...2 раза. Последующе циклы приводят к размораживанию самого бетона, что выражает-я в резком увеличении скорости роста необратимых деформаций бе-она и укорочения арматуры. При прочих равных условиях морозо-тойкость преднацряженных элементов зависит от вща_нап2Ягаемой Емагщн. Наименьшей морозостойкостью сцепления обладают канаты, атем вдет проволока. Наибольшей морозостойкостью сцепления ха-актеризуется стержневая аршгура. Причина такой последователь-ости лежит в комплексе факторов, таких как: величина передаваемо усилия, вид профиля и рисунок выступов, удельная поверхность цзпления и др.

С целью восприятия растягивающих напряжений и ограничения эещинообразоваяия при передаче усилий обжатия в концевых участ-IX конструкций устанавливают косвенную аркатуру в ввде хомутов, ребенок, сеток, опиралей и т.п. Вела для обеспечения прочиоста

торцов конструкция креаовшй ср^тура роли кэ nrpaps, So в условиях шого кратного зацэрасшхццм и оттаивался оо приобретает pecaicqae зшчзеез, ЕэссойЬй аркатур -сгор^-

езй при- их отпуоко £аг 20.4,а три. дырршцаи

пабухания. Последила сф/схогдЕсаэт шяьеовгз е ¿этонэ csaaisinx дадрясзний, которю аотобрсачасхш. сшадоваатоя" 6 ¿аотшш напря-.кешшш, уиэнысая oöqcp нгшря&зиное состояндз концзбнх участков. Таким образом, chezqixeo стовсял порвана чаль.coro водонасьцзния бетона и его напряженного состояния, а таксе уменьшение вероятности внутреннего трецддообразохашш в концзвых участках элемен-. тов с поперечной арматурой, создаст предпосылки к увеличещю морозостойкости торцов и, следовательно, всего элемента в целом.

Исключительное влияние сказыдают сдирали, внутри которых при водонась^ении и замораживании и оттаивании создается обьемное напряженное состояние сштия, превашакцее по величине местные растягиващЕЗ напряжения. Бетон работает как бы в обжатой обойма. Для примера, через 200 циклов замораживания и оттаивания проволока i5 Вр II в балках без косвенной арматуры проскальзнула на 550 мкм, с косвенной арматурой в виде сеток.- на, 300 мкм, а при армировании спиралями лишь на '20 мкм.

Ступенчатый отпуск натяжения арматуры в период тепловой обработки изделий уменьшает водопоглощение бетона концевых участков примерно в два раза. Это происходит в результате снижения величины растягивающих напряжений и почти полного отсутствия сети мелких внутренних трещин. В условиях многократного увлажнения и высыхания скорость проскальзывания арматуры.оказывается значительно ниже, чем в случае с арматурой в элементах, изготовленных по обычной технологии.

Такш образом, все конструктивно-технологические приемы,способствующие уменьшению напряженно-деформированного состояния концевых участков преднапряженных элементов, повывают их долговечность, в частности, морозостойкость и воздухостойкость.

При пересмотре ГОСТ 10529 на железобетонные шпалы были учтены рекомендации автора в части повышения трециностойкости концевых участков шпал и.их морозостойкости. Так, увеличена передаточная прочность бетона до 3ö,5 Ш и морозостойкость до 200 циклов, применение проволоки j6 4, 5 ш запрещено, увеличена толщина ¡защитного слоя бетона с 15 до 30 им.

ОЩИБ ВЫВОДЫ

• Й« врноввти натурных,.теоретических и экспериментальных йвоаад<№ан«й виязл»ны факторы, обусловливающие значительное снижение мерозистойкоог» предварительно напряженных железобетонных конструкций по ораввэнию о бегрнои, из которого они изготовлены. Доказано, что, причиной преждевременного разрушения таких.конструкций, как впалы, плиты аэродромных покрытий и др. , является^совместное действие собственных местных растягивающих напряжений, возникающих при отпуске натяжерия арматуры, и напряжений,'накапливаемых при циклическом замораживании и оттаивании. .Предложен новый критерий стойкости кйнцевых, участков конструкций - податливость контактного слоя между арматурой и.бетоном, а также разработаны эффективные технологические и конструктивные приемы обеспечения их трещиностойкосги и морозостойкости, базирующиеся на уменьшении уровня растягивающих напряжений.

2. Выявлено, что в существующих теориях сцепления арматуры с бетоном модели их взаимодействия недостаточно полно отражают физическую . сущность процесса, с точки зренйя изменения энергетического состояния!,системы. Предложена усовершенствованная модель с учетом внутреннего грещинообразования, исследованием которой установлен характер перемещений арматуры в бетоне по длине зоны передачи напряжений, подчинявшейся закону затухающей синусоиды,- колеблющейся относительно убывающей по экспоненте кривой.

Определено, ч*о работа силы, разрывающей контактный слой и бетон в,поперечном направлении, расходуется на' потенциальную энергию изгиба и смятия консоли, расположенной между выступами арматуры, и на образование трещины. Установлено, что появление продольной трещины возможно в том случае, -когда потенциальная энергия, накопленная бетоном под действием контактных усилий, вызванных передачей предварительных напряжений, эксплуатационными нагрузками и многократным замораживанием и оттаиванием, превысит энергию, необходимую для со здания новой поверхности.

3, Выявлен качественный и количественный характер изменения напряженного состояния бетона в. зоне анкеровки при изменении податливости контактного слоя. Доказано, что чем. выше податливость, тем ниже концентрация контактных напряжений. Более равномерное их распределение по длине заделки уменьшает или даже исключает вероятность образования трещин и повышает морозостойкость конструкций, ^станов--лена зависимость податливости контактного слоя ог перемещений стерж-

за

ня, переданного усилия и податливости аржягуры и бвгева, т.ви ст-. ■параметров, легко определяемых экспериментально.

Установлено, что ^Цньиить /ровен! растягивавших напряжений, повысить трещиностойкость и морозостойкость конструкций ^окно за счет:

- создания демпферного слоя из полимврцементних композиций между

арматурой и бетоном;

- осуществления отпуска натяжения арматуры э процессе тепловой обработки частями по мере набора бегонои ¿оодвегствувщей прочности.;

- уменьшения микротвердости бетона и увеличения его дефориагивности за счет введения в его состав пористого мелкого заполнителя или вовлеченного воздуха;

- изменения рисунка выступов периодического профиля арматуры;

- выбора соответствующего класса и диаметра арматуры, а также рационального ре расположения по сечению конструкции.

5. Показана взаимосвязь составов полимерцементных компвзиций с прочностью и деформативностыо сцепления арматуры с бетвном, а также с характером распределения и величиной максимальных растягивающих напряжений. С этих позиций обоснована эффективность регулирования напряженного состояния бет она концевых участков конструкций и повышения их•морозостойкости за счет демпферного гашения концентрациирастягивающих напряжений. Покрытие арматуры ц'еменгно-' зпокслдной или цементно-полистирольной композицией снижает величину максимальных растягивающих напряжений в 1,5...2- раза, увеличивает г прочность контактного слоя на растяжение в 2...3 раза и более .равг номерно распределяет контактные усилия, полнее вовлекая в работу сцвпления всю длину зоны анкеровки.

"На основании экспериментальных данных разработана рецептура . полимерцементных композиций^

6. Установлены качественные и количественные зависимости повы» шения прочности и уменьшения деформативносги бетона, нагруженного ' в период формирования структуры в процессе тепловой обработки, от- 1 интенсивности момента приложения усилий. Чем раньше нагружен ■'бетон, тем в большей степени происходит пластическое уплотнение. По- , казано, что ползучесть бетона после очередного этапа нагружена? заметно протекает лишь з первые полчаса, а-затем резко затухав* д исчезает в результате быстрого уменьшения интенсивности нагруж0вця> обусловленного ростам прочности бетона и его структурными измене* . ниями. Модуль упругости нагруженного в раннем возрасте бетевв

...2 раза больше, чем у ненагружвнного.

7. Выявлена целесообразность и технологическая возможность атупвнчатого отпуска натяжения армагуры'в процессе тепловой обработки изделий. При этом установлена зависимость величины проскальзывания арматуры и податливости контактного слоя от режима передачи усилий и передаточной прочности бетона. Показано, что ступенчатый отпуск арматуры приводит к значительному уменьшению растягивающих напряжений в результате их равномерного распределения и релаксации вплоть до полного разгружения бетона к следующей ступени нагружения. Разработана методика расчета наиболее оптимального (ежечасного) режима отпуска натяжения арматуры. При этом учтено,

roi

что потери предварительно' напряжения варматуре можно компенсировать за счет ее подтягивания в период подъема температуры.

Установлено, что при конечной передаточной прочности бетона свыше 20 МПа ступенчатый режим исключает внутренние греьцинообра-зования.

8. Выявлена зависимость степени раопорности арматуры и полноты вовлечения металла выступов в работу на растяжение от рисунка периодического профиля. Показана целесообразность продольного расположения выступов, выполненных зигзагообразно для обеспечения требуемой прочности сцепления. Эффективность данного рисунка достигается непрерывностью выступов и малым углом наклона ломаных отрезков к оси стержня (около W0). При этом обеспечивается повышение податливости контактного слоя, уменьшение растягивающих напряжений при сохранении или даже увеличении прочности сцепления, по сравнению со стандартным профилем стержневой арматуры, за счет нового фактора сцепления - внутреннего заклинивания. Установлена зависимость экономической эффективности периодического профиля от угла наклона выступов к оси стержня и доли металла, приходящегося на них.

9. Исследованием установлено, что при циклическом'замораживании и оттаивании предварительно напряженных железббетонных элементов в первую очередь после первых циклов деструктивным процессам подвержены их концевые участки, в которых сконцентрировались такие понижающие морзостойкость,факторы как: растягивающие напряжения, значительно превышающие пороговые величины; сеть различных трещин; высокая степень водонасыщения бетона; неустойчивость сил сцепления; постоянное стремление арматуры проскользнуть внутрь конструкции и спровоцировать равруйениё на новом участке и др.

Показано, что повысить морозостойкость конструкции в 2...3 раза, оцениваемух величиной проскальзывания арматуры и ростом продольных и поперечных необратимых деформаций бетона, «кино за счет конструктивных приемов путем: увеличения защитного слоя бетона, уменьшения диаметра арматуры и исключения, попарного расположения стержней, установки косвенной арматуры, непрерывного армирования, а также технологических методов путем: покрытая арматуры полимер-цементными композициями, ступенчатого отпуска натяжения арматуры, введения в бетон демпфирующих добавок в виде пористого песка и др.

10. Выявлена зависимость характера разрушения концевых участков конструкций при циклическом замораживании и. оттаивании от передаточной' прочност^и морозостойкости бетона, а также от режима отпуска натяжения арматуры. Установлено, что при прочности бетона, свыше 20 МПа и морозостойкости порядка 300 циклов и мгновенной или близкой к ней пер.едаче напряжений разрушение локализируется на небольшом участке и проявляется в осыпании бетона и обнажении арматуры. В случае малой передаточной прочности и -относительно низкой морозостойкости бетона разрушение конструкции наступает в резуль-' тате появления и развития продольных трещин вдоль арматуры. Показано, что причиной столь различного поведения; конструкций в условиях морозной коррозии является характер внутреннего трещинообра-зования в околоарматурнрй зоне, обусловленный различной податливостью контактного слоя.

11. Промышленная проверка результатов исследований и предложенных рекомендаций доказала возможность и целесообразность их широкого использования на заводах стройиндустрии. Конструктивные и технологические приемы повышения трещинолтойкорти и морозостойкости конструкций реализованы в действующем стандарте на железобетонные шпалы, в рекомендациях по регулированию напряжений в арматуре в процессе тепловой обработки,изделий, в технических условиях на плоскую и овальную стержневую арматуру с'зигзагообразным рисунком выступов и др. -

Выявлено, что ступенчатый отпуск натяжения арматуры помимл повышения трединостойкости торцов конструкций обеспечивает сокращение продолжительности тепловой/обработки за счет снижения передаточной прочности бетона до 45У. .50% от проектной. Производство плоской и овальной стержневой арматуры позволйет повысить 'прочность стали до 1700 МПа за счет более-равномерной закалки по поперечному сечению стержней.

12. Комплексное использование разработанных технологических и конструктивных приемов повылвнжя морозостойкости предварительно напряженных железобетонных конструкций позволяет увеличить срок их службы, уменьшить закаты на ремонт, восстановление или замену и получить соответотвуший экономический эффект.-От.внедрения результатов исследований в производство железобетонных шпал расчетный экономический эффект составляет от 6,5 до' 18 тыс.рублей на км пути, в ценах 19901'. ,в зависимости от используемого приема. Переход на зигзагообразный рисунок выступов периодического профиля арматуры позволяет получить экономический эффект в размере 20... 40,руб. на тонну. Сокращение продолжительности тепловой обработки при ступенчатом отпуске натяжения арматуры дает возможность получить экономию пара на сумму порядка 1,5...2 руб./м3 в зависимости от вида конструкций и способа пропаривания Изделий.

Основные положения диссертации освещены в докладах и сообщениях на всесоюзных и республиканских конференциях и семинарах, а также изложены в монографии и в более чем 80 публикациях, основными из которых являются:

1. Мамонтов Ю.А. Новые пути повышения трещиностойкости, долговечности и экономичности преднапряхенного железобетона. - Шым-кент: КазГГИ, 1994. - 127 с.

2. Мамонтов Ю.А. Влияние технологических факторов на выносливость бетона.// Научно-техническая конференция РИСИ: Тексты докладов. - Ростов-на-Дону, 1965. - С.75-76.

3. Мамонтов Ю.А. Исследование морозостойкости струвобетон-ных шал // Научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов: Тезисы докладов. - Ростов-на-Дону, 1967. - С.54-55.

4. Мамонтов и.А., Ткаченко Г.А. О механизме разрушения струнобетона под влиянием попеременного замораживания и оттаивания // Способы защиты от коррозии неметаллических строительных материалов. - Ростов-на-Дону. 1967. - С.66-75.

5. Мамонтов Ю.А., Невский Б.А. О влиянии арматуры на морозостойкость струнобетонных шал // Вастник ВНИИ ж-д транспорта. -1968, № 6. - С.48-51.

6. Невский В.А., Мамонтов Ю.А. Об особенностях разрушения струнобетона при замораживании и оттаивании // Прочность, дефор-

мативностъ и тращиностбйкость железобетона / Под ред. Малляна Р.Л.

- Ростов-на- Дону, 1969,, - С. 121-130.

7. Мамонтов D.A. Исследование покрытия аркатуры цемзвтш-по-листирольной обмазкой на прочность, жесткость и тращиносгойкоеть изгибаемых элементов // ХУШ научно-техническая конференция КазХТЙ: Доклады. - 'Чимкент; 1970. - С.136-137.

8. Мамонтов D.A. Влияние некоторых технологических и конструктивных факторов на морозостойкость железобетонных элементов // Научно-техническая конференция КазХТИ: Доклады. - Чимкент, 1970.

9. Мамонтов Ю.А., Сузев H.A. Жесткость,- прочность и трещиао-стойкость железобетонных элементов, армированных арматурой, по-1фытой цементно-полистирольной обмазкой // Повышение долговечности железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях переменных воздействий внешней среды.- Ростов-на-Дону, 1972.- С.63-74.

10. Мамонтов" U.A. О морозостойкости сцепления проволочной арматуры с бетоном // Химия и химическая технология. Алма-Ата,1971.

- С.233-236.

11. Мамонтов Ю.А. Влияние технологических и конструктивных факторов на прочность сцепления арматуры с бетоном при циклическом замораживании и оттаивании // Химическая технология и силикаты. - Алма-Ата, 1974. - С.101-107.

12. Мамонтов D.A. Применение недеструктивных методов при исследовании морозостойкости предварительно напряженных железобетонных изделий // Доклада словацкого научно-технического общества. -Копшцы, 1974. - С. 101-107.

13. Мамонтов Ю.А., Сузев H.A. Влияние покрытия арматуры поли-мерцементными обмазками-на распределение местных растягивающих напряжений по длине зоны анкеровкн // Материалы ХХШ научно-теоретической конференции КазХШ.- Чимкент, 1977.- С.382-384.

14. Мамонтов Ю.А., Браун H.A., Кривошеев В.А. Влияние прочности бетона и диаметра арматуры на сцепление ее с бетоном // Совершенствование технологаи производства изделий из бетона и железобетона.- Ростов-наг-Дону, 1977,- С.98-103.

15. Мамонтов Ю.А., Браун И.А., Кривошеев В.А. Исследование контактного слоя арматуры с бетоном // Совершенствование технологии производства изделий из бетона и железобетона.- Ростов-на-Дону, 1977.- С.104-110.

16.' Мамонтов Ю.А., Браун И.А., Щукенов И.И. Экспериментальные исследования работы зигзагообразных профилей арматуры в бетоне // Повышение долговечности конструкций водохозяйственного назначения.

- Ростов-ка-Дсну, 1981.—С.168-171.

17.. Ераун Й.А'., Мамонтов Ю.А., Хлебов В.П. Повышение трещино-стойкости железобетоннвх изделий в гидротехнических сооружениях. // Повышение долговечности конструкций водохозяйственного назначения.- Ростов-на-Дону, 1981,- С.158-161.

18. Мамонтов Ю.А., Браун И.А. Исследование работы арматуры для железобетонных изделий // Новые виды арматуры и ее сварка: Доклады Всесоюзного совещания.-"Волгоград, 1982,- С.124-127.

19. Браун H.A., Мамонтов Ю.А. Благодаря рациональной геометрии // Экономия материальных ресурсов в строительстве.- М., 1982. -

С.189-192.

20. Мамонтов Ю.А., Шукенов И.И. Влияние раннего нагружения бетона на его гтрочноатяые и деформативные свойства // Гидратация и структурообразованив цементов, полученных на основе отходов промышленности.- Чимкент, 1983,- С.399-401.

21. Браун И.А., Мамонтов Ю.А. Оценка эффективности периодического профиля арматуры JJ Бетон и железобетон.- 1984, i 8. -

С.26-27.

22. Мамонтов Ю.А., Браун И.А. Классификация факторов, обусловливающих оцепление арматуры с бетоном // Новые виды высокопрочной арматурной стали, и технология ее применения.- М., 1985.- С.71-77.

23. Мамонтов D.A., Шукенов К.И., Браун H.A. Влияние прочности бетона на анкероЕку арматуры в нем при различных режимах отпуска натяжения. М., 1987.- 20 е.- Деп. в ВНШС. К 6997, вып. 1..

24. Мамонтов Ю.А., Шукенов И.И. Ступенчатый отпуск натяжения арматуры в процессе тепловой обработки железобетонных изделий. М., 1987.- 17с.- Деп. в ВНИИИС, К 6993, вып. 1.

25. Рекомендации по регулированию напряжения в арматуре при стендовом изготовлении железобетонных конструкций.- М.: НИЖБ Госстроя СССР, 1987,- 69с.

26. Мамонтов Ю.А., Браун H.A., Шукенов И.И, Опыт изготовления балок 1 ВДР-12 со ступенчатым отпуском натяжения арматуры в период тепловой обработки // Межвуз. сб. научных трудов,- Алма-Ата, 1988.

- С.16-20.

27. Мамонтов Ю.А., Браун И.А., Сузев H.A. Внутреннее трещино-образование в концевых участках преднапряженных железобетонных изделий. М., 1983.- 7с.- Деп. в ВНЖЭСИ № 966/24.

28. Рекомендации по определению степени использования прочности стали в арматуре периодического профиля для железобетонных

изделий. Чимкент: КазХЕИ, 1990.- 21с.

29. Мамонтов Ю.А., Браун И .А. Сцепление полооовоД высокопрочной арматуры с бетоном // Физико-химические проблемы ватериалове-дения и новые технологии,- Белгород, 1991.- С.46-47.

30. Мамонтов Ю.А., Судана Б.А. Арматурные тканосваркьо сетки // Гидротехническое строительство,- 1992.- Л "5»-'С.37-38.

31 • Мамонтов Ю.-А. Передача усилий обЯатия с арматуры на бетйа в процессе тепловой обработки преднапряженных железобетонных изделий // Экономия топливно-энергетических ресурсов в технологии строительных материалов, изделий и конструкций.- А., 1995. -С.12-16.

32. Мамонтов'Ю.А.' Напряженно-деформированное состояние бетона по длине зоны передачи напряжений // Комплексное'использование сырья для производства строительных материалов.- Алматы:КазГАСА, 1996.- С.21-28]

33. Мамонтов Ю.А. Механизм деформирования бетона и внутреннего трещинообразования при отпуске натяжения арматуры.// .Совершенствование технологии строительных материалов, изделий и конструкций - Алматы: КазГАСА, 199Б.

Оригинальные разработки автора защищены 14-ю авторскими свидетельствами на изобретения,, основными из которых являются:

34- А.с.881613 СССР, б 01 Н 33/38. Способ испытания арматурного стержня, при выдергивании его из бетонного образца / Ю.А.Мамонтов, И.А.Браун(СССР) - 4о: ил,

35. А.с.953840 СССР, Е 04 С 5/03. Арматура для железобетонных изделий / И.А.Браун,' Ю.А.Мамонтов и др, (СССР).- 4о:ил.

36. А.с. 1209802 СССР,*Е 04 С 21/12. Способ изготовле предварительно напряженных железобетонных изделий / Ю.А. мамонтов, И др. (СССР) - 2с:ил.

37. А.с.1521842, СССР, Е 04 С 5/03. Арматурной стержень периодического профиля / Мамонтов Ю.А. и др. (СССР) -.2с.

38. А.с,1582716, СССР,*Е 04 С 5/03. Арматурный стержень пе--риодическоГо профиля / Ю.А.Мамонтов и'др. (СССР) - 2с:ил.

М-ыоптоз Юряй Алексеевич

Алдан-ала иеризлгён теыгрбетон воиструкцияларынын сызатка Т9з!кд!л1г{ пен пайдад&ну ыерэ^н арттырудан копотруктзптЬ азрэ тшсиологнялы« жолдары

05.23.01 пз.чз 05.23.05 шшавдыгы бсЯыша техника гылнэдарш-2Щ доктора деген ршеми атац аду ппн диссертация

ДОРЫТЫНДЫ

Бул ауыыста алдын-ала кернелгем теыгрбетон конструкциялары-1ШЦ кыоыет ыерзщхн ар т тиру та1н, о цыц иетк1 аймагында кернеу дечгей1н темендетудщ цаяеттШгх теория яузгнде неггзделгп, хс жтзхнде дэлелденген.

Сыгу ктагн беру кез!нде анкер лену аймагында пайда болатын жергхлхктх созу кершулерхнхн эсерхнен арматураньщ айналасында майда гак г сызаттар иУйеС1 пайда болады. ЕелгШ бхр дагдайда олар б1р-б1ршен цосылып арматураны бойлай орналаскдн, сызаттарга уласады. Осы сызаттар конструкциялардьщ кетергштхк кабхлетхн те-иендетш, аязга тез1идШг1н тэмендетедЬ

Алдын-ала кернелген конструкциялардьщ сызагца тез1мд1лхгх мен пайдалацу мерзхм!н арттыру ыеселесп!, арматураныц бетонмен б!р1г!п агукыо хстеу механизмов асер ете отырып вешуге болада. Айтылгаи ой-тугырыы арматура мен бетонныц арасындагы контакт ка-батшац де$ормативт1к-бер1кт1к касиеттерхи, арматура профилен бедерхн вагерту аркылы 1ске асырылады. Жушста хергхл1кт! созу кернеулерхтц пмшасьш твмендетуд!ч конструктив^-технологиялык пея1ыдерШц келесх колдары царастырылган:

- арматура мен бетонньщ арасына полиыерцеиенттгк композиция-лардан демпферлхк цабат жасау;

- буйыыды жылумен ецдеу барысында арматураныч керхлуш /са-тылап/ а1беру;

- арматура профид!тц бедерхн цисыц тургз /зигзаг/ езгерту;

- бетоишц цурашна кеуектх усац толтыргыш чосу;

- арматураньщ класы мен диаметрхн, езектердщ, олардыц ара цаиыцтыгын, бетошыц цоргагыв ч&батыныц цалывдыгын, цосалф! арма-туракыц конструкциясын, 7здхкс1э ариатуралауды жанЬ т.б. тавдау мен тагайындауды очтайландыру.

Темхрбетонда адма-кезек «атырып-ерхту кезхндегх куйреу механизм аныкталып, онын пайдалану ыерзхм1н арттыру вд1стер1 карас-тырыдган.

Hanontov Yuri filskssyewlch COHSTRUCTIUE ftllD TECliilOLCGICflL METHODS OF PRESTRESSED fiRMOEED CQBCRETE C0HSTRUCTI0H3 CRACK RESiSTflaCE filtD .DURABILITY^RftiSIHC,

fi thesis for a doctor s ¿agree /technic^ specialities 05. 23.. .01 and 05. 23. 05v

RESUME .

Theoretical foundation and experimental provp of necessity of stress levei reducing in the ond parte of the prestressed reinforced Concrete Constructions in order to increase their usage is nade in tnis paper.

Lobar tension stresses, appear ins- in, the anchored^ zone at the transfer,of coapressions create the set of minor inner crocks in the concrete around the steeIreinforcenient.liDdsr'certain conditions they can unite into the through crackings along the steel reinforceccnt. These cracks-reduce-carrying .capacity ond freeze resistance of the constructions.

In order to- solve the probles -of increasiong crack resistance and durability Of tlie prestressed/constructions we say influenca upon the function of the steel reinforceuent with the concrete. This SUBBestion is realized by changing of the deforoative and durable characteristics of the contact layer between the steel reinforceasnt and the concrete and by chaining the periodical profile of the Stil reinforcement as uell.Technological and constructive solutions for the reducing of the local tension stresses are discussed in tha paper.

- creations,of .the denpfer layer consisting of the polyBsr cBB8nt compositions between the steel reinforceaent1 and, the concrete,

- stepped release of the steel" reinforceuent stress while thsrsal treatment of the goods,

- changing of the periodical profile of.the steel reinforceasnt according to zigzag typej

- introduction of the fine porous filler into the concrsfee conposi-tion,

- optinization of the choice and funtion of the steel reinforceuBnt type and ^iaieter.distance between the rods¿thickness of the detec -iive concrete layer, indirect s.tiel reinforcaaent constructions continuous arising usage and so on. Araoured 'concrete destruction mechanisn while multiplied freezing and nelting is revealed, aethods of raising its durability are discussed.