автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Кратковременное и длительное сопротивление железобетонных колонн средней гибкости с высокопрочной арматурой

ОРДЕНА ДР7ЖН) НАРОДОВ РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖШ НАРОДОВ

Па правах рукописи АУК ЮСЕ« ШШОС

КРАТКОВРЕМЕННОЕ И ДЛИТЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ШЕЗОБЕТСШЫХ КОЛОНН СРЕДНЕЙ ГИБКОСТИ С ВЫСОКОПРОЧНОЙ АРМАТУРОЙ

05.23.01 - строители«» конструкции, здания я сооружения

Автореферат диссертации на солскаиие ученой степспи кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Тверской ордена Трудового Красного Знамени политехнической институте

Научный руководитель - кандидат технических наук;

доцент В.Ф.Бахаров

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Р.С.Санжаровский

- кандидат технических наук, доценг А.В.Забегаев

Ведущая организация - Научно-исследовательский, проектно-конструкторскиа и технологический институт бетона я железобетона,

нииш

Защита состоится " 28" апреля 1992 года в 15эочаооз Еа ааседании специализированного Совета К 053.22.20 по присуждении ученой степени кандидата технических наук в Ордена Дружбы народов Российском Университете Дружбы народов по адресу: 117923, ГСП, Москва, ул.Орджоникидзе, 5, ауд. 348.

С диссертацией можно ознакомиться в ааучной библиотеке университета (117198, Москва, ул.Иикдухо-Цаклая, 6).

Автореферат разослан " ¿-г/ " апреля 1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доценг С.Н.КВ1ВОЙАПКО

'.'ífT

ьртациг-

ОБ ¡a Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОМ

Актуальность tetra. Одним из основных направлений снимания расхода материалов и кассы инструкций является применение высокопрочной арматуры. Однако, до настоящего времени при проектировании железобетонных алзкентов, работающих на скатие,) использования высокопрочных сталей, как сиатой арматуры, ягдя-j етая нецелесообразным из-за судвствупвдго в нормах ограниче- I нкя величины предельного сопротивления сжатии арматуры знача- | ниаа /?5С<адО КПа - при кратковременной нагрукении и Ric< 500 j Ш& - при длительном действии нагрузки. В последнее время па- i явился целый ряд экспериментальных и теоретических исследоьа- j ннЯ, д которых сЗосибвдьабгзя целесообразность и Енсокая эф- j фективкость использоваикя'виеокопрочник стала а а качестго ежа-, той арматура. Зги данные позволили переосмыслить результата, | полученные ранее, на основании которых приняты значения/^, Ilpifr-сутствиз высокопрочное продольной ариатури существенно екаэы- j вается на величина предельных деформаций сжатия колонн, создав ьая условия для использования нисхэдясаго участка кривой деформирования бетона. Полученные даяние относятся ж коротким (жв-J отким) стержням и характеризует их сопротивление главный обра-) зон кратковрвкакикм нагруиенияк. Данные относящиеся к стержшщ о гибкость«), близкоа х значении Л¿ . (/h - 15, отсутствует. ■ ! С цельв получения экспериментальных данных для стерхнаа у mi- i занква гибкости в ранках республиканской программы "Стрвитгаь-етго" было выполнена настоягге иеследованне.

цельс диссертационной работы является установлений цела-сообразиости и эффективности использования высокопрочных ста-дей в качестве скатог ариатури колонн средней гибкости ' с

15 при различных ко>Цнциенгах продольного армирования и

Л

обычном поперечном аркироганки а вид« двухсрезиых хомутов; различных'начальных эксцентриситетах, при кратковреиеннои в»ти-чесхом действии вневиея нагрузки, а также длительном юздвяст-1 1их вксплуатадионных ежнмавикх /силка высокого уровня - Л/» • | -0,75^5/. ■ • |

Научная новизна работы: )

- выполнено теоретическое исследование эксплуатационного нап- | ркженно-дефо'рмированного состояния нормальных внецентренно ,

"1 Г

сжатых с. различны»« гксцентриситетами сечений при кратковременном действии продольных сил высокого уровня Л/е»0,75Л^;

- на базе одного из вариантов теории ползучести бетона - наследственной теории старения - выполнено теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния нормальных , внецентрен'но сжатых с различными эксцзнтриситета«и сечений при длительно* действии продольных сил высокого уровня Л/* » »0,75

- уточнена методика расчета на прочность нормальных, внецентренно схатых сечений с высокопрочной продольной арматурой при крагковрекеннои действии разрушавшей нагрузки;

- уточнена методика расчета на прочность нормальных, внецент-ре'нмо сжатих сечений стержней с высокопрочной продольной

1 арматурой, испытывавших перед приложением разрушающей нагрузки длительнее действие эксплуатационных снимавших сип высокого уровня 0,75^^

| - проведены экспериментальные исследования кратковременного сопротивления сжатии при эксплуатационной нагрузке высокого! уровня и разрукающай нагрузке с различными эксцентриситетами продолышх сил и различном содержании продольной высокопрочной аркатуры класса А^У;

- проведены экспериментальные исследования длительного сопротивления сиаткв при эксплуатационной нагрузке высокого уровня (Л/с - 0,75Нрау) стержней с гибкостью Л^ - 15;

- выполнено экспериментальное исследование влияния дли® льно-го действия нагрузки высокого уровня - 0,75///*иу> иа несу-| щув способность сжатых с различными эксцентриситетами желе-'.

| / зобетонных стержней гибкостью ЛА - 15 при различном содер-| жании высокопрочной арматуры класса А?-У.

' Практические значение. Проведенные экспериментальные и '

теоретические исследования позволили разработать ,к рекомендо-! «ать в практику строительного проектирования уточненные м уп-| рощенные ыетоди расчетного,определенюГкапряженно-деформиро- ] ванного состояния сжатых с различными эксцентриситетами желе-! зобетонных стержней средней гибкости, армированных высокопрочг ной сталью класса А.т-у с обычным поперечным ариированием в ! виде двухсрезных хомутов при длительном и кратковременном действии эксплуатационной нагрузки высокого уровня Не »0,75У^«н/> 1

| 2 ;____________________________________________________ ____________Г]

Уточнена предложенная Е.А.Чистяковым расчетная методика опре- ! деления несущей способности сжатых келезобетоннйх колони срвд-неЯ гибкости при кратковременном дейотвии нагрузки. Даны реко-| мендации по учету влияния на несуауо способность сяатих стерк-j ней с высокопрочной арматуро» класса Ат-У длительного действия внешней нагрузки высокого уровня А/в » 0,75 A//>«>y.' i

Апробация работы. Основные результаты проведенных иг.сле- ¡ дованиЯ, составлявших содержание диссертации доложены и обсуждены:

- на конференции преподавателей и кие нерно-строительного, и не тк тута в г.С.-Петербург в 1990 и 1391г.

-. На конференция преподавателе« и научных работников Тверского политехнического института 1990, 1991 и 1992г.г. ■ . 1

- На научно-методических семинарах кафедры кснструкциЯ и сооруг иениЯ Тверского.политехнического института в 199Г и Г992г.г.

Обьеи работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,; выводов, списка литературы и приложения текстов програни.Обций обьем работы 159 страниц (без приложений), в то* числе: 200 ; страниц мааинописного текста, 38 рисунков (35 страниц), 20 ! таблид (24 страница), библиография из 114 наулгнований (1;э ' страниц).

* На защиту выносятся: ,

- методика и результаты экспериментальных исследований сжатых | в различными эксцентриситетами и коэффициентами аркиромшия i железобетонных стержней с гийкостьв Л^-f/h » 15'при p.ia- ' руиатцих нагрузках, а таккз при кратковременной я длительном действии-эксплуатационных нагрузок высокого уровня Ñe -

- 0,7 5 При?; . !

- методика расчетного определения иапряженно-деформированюго! состояния нормальных сечений слатых с'различными эксцентриад

тетами железобетонных стержней армированных высокопрсчксй j стеды» с обычный поаерсчвык армированием в виде двухербзвых | хомутов при крагковременЕСи действии эксплуатационной нагруз-» ю высокого уровня 1\1еш 0,75//fdip; I

- методика расчетного определения напряженно-дафоркированыпго состояния нормальных сечений сжатых с различными эксцентриситетах* железобетонных стержней,, средней гибкости с различный' содержанием высокопрочной продольно» аркатурой класса Ц-í а

ооычныы поперечным армированием в »»гае двухсрезиых хомухов при длительном действии эксплуатационной нагрузки гысокого уровня Л'р " 0,75М|>оу; - методика расчетного определения несукел способности внецентра нно сжатых стержней средней гибкости, армированных высокопрочной арматурой класса А^-У при кратковременном и длитель-, лом действии внеиней нагрузки.

СОДЕРНА.НИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранного направления исследования и определяется область практического ис-| пользования результатов этого исследования. |

В первой главе дается анализ выполненных в последние два| десятилетия исследований работы сжатых железобетонных стержней с высокопрочной продольной арматурой при кратковременном и дли4 тельном действии внешней нагрузки. Рассмотрены основные псдоже*-ния нормативной методики определения несувей способности сжатых стержней.'

Согласно действуощим в настоящее время нормам проектировав иия железобетонных конструкций (СНЙП 2.03.01-84) несудая спо-•собность внецентренно сжатого стержня независимо от величины ¡эксцентриситета продольных сил определяется для всех случаев ¡внецентренного сжатия из'рассмотрения условий равновесия внешних и внутренних усилий при некоторой условной прямоугольной ¡эпюре сжимавиих напряжений в бетоне. Влияние эксцентриситета (продольной сипи учитывается при назначении величина расчетного! ¡напряжения (35 в арматуре 5 , наиболее удалённо« о.? линии дей-* |ствия сжимавшей сипы. Рекомендуется для обычных, без предвари-| ¡»гльного напряжения элементов, эти напряжения при обычном попе-; |речноы армировании двухсрезными хомутами определять по эмпмри-;

¡ческой зависимости !

! ~ _ <

1

<5, =

\

1,1 V

(I)

|В формуле (I) предельные напряжения сжатия б5с.и * принимается ¡не более 400 Ипа при крат ко временном действии внешней нагрузки ! ¡и 500 Ша при длительном ее воздействии. Такими же "величинами '

! . . I

ограничиваются и расчетные значения предельного сопротивления \

1А

у наиболее сжатой арматуры 5 . Относительная высота с*а-; то* зоны £ определяется'из совместного решения уравнения (I) | и уравнения равновесия в веде суммы проекции всех сил на про- | дольнув ось стержня., |

Несмотря на многочисленные критические замечания по пово-1 ду принятия в расчетах условной прямоугольной эпоры скммасаих 1 напряженна в бетоне, эта методика обладает, на наи взгляд, ре—(. иавщим преимуществом, существенно важным для практики лроекти-! |рования - простотой и единообразием при расчете с различными I эксцентриситетами и при довольно икроком спектре изменения зна^ чений характеристики де$орматквных свойств бетонов различных ' видса и составов. Более того, в принципе возможно при сохрака-< нии всех достоинств рассмотренной методики, созданной в ос.чов-! ши трудами А.А.Гвоздева, Е.А.Чистякова, Е.ЭЛ'Эля. С.П.Гущи, | !&.С.Залесова и других ученых, по иере накопления опытных дан- | !шх уточнение экспериментальных зависимостей для определения | ¡величины и и С34С и С точки зрения рассматриваемого ; Ьдесь направления исследования необходимо прежде всего учесть | Особенности деформирования бетона сжатой зоны при наличии в ( ^ен монной упругой свнзн в виде продольной высокопрочной арма- | *уры. Присутствие в сжатой зо^е бетона этой арматури позволяет , грм оценке эксплуатационного напряхеинз-дефсрыированного сссгс* яния и предельного состояния сечений при разрушении учитывать ; ниспадавший участок кривой деформирования бетона. ! В последние года появилось достаточно большое колияестно . работ, посвягашшх изучение формы связи кежду напряжениями и . Деформациями сжатого бетона в предельном состоянии. Это работы | в.ШБайкова, Н.И.Карпенко, С.А.Мадатяна, С.В.Горбатова, В.И.Бои1-ларенко, Р.С.Санжаровского, Н.Й.Дашдова, В.И.Полицука, А.Б.Ки-' ка, В.К.Китасова, Акру фсанка Абдель-иаджкда, А.Х.Уначева я других. Важные данные для определения деформационных характеристик сяатого бетона м пргделыых значений эксцентриситетов получены С.А .Чистяковым, В.В.Суриным и И.К.Бейсембаевым. По наи г «у : ^неяк» при решений принципиального вопроса о возможности эфф'.к-|квного использования в сжатых элеиентах высокопрочной арматури

Îcнqвнoз значение имеет вопрос о величин предельной сжимаеиоо-и бетона и выяснение условий, срособствуощих развитие кекск - '

faлькыx значения этих Деформаций. А.В.Михайловым, Б.Я.Рмокиидои,

Г'] 2-269 .........1_________________________________

Г.А.Е1орникоьоЯ, Е.Н.Гамавновым в СНГ, Н.Вейстом, Р.Зпьстнером и Е.Хогие стадом в США v. другие в «естидесятых годах и ранее I(3ило установлено, что относительные деформации сжатия в зави- j скмости от вида напряженного состояния - Йжатия с различными j эксцентриситетами или изгиба, а также при различных режимах | !.нагружьния, могут находиться в пределах от 230-10"^До 600*10"?, ;Эти:,факты позволяют с достаточной степенью объективности оце-| !нить потенциальные возможности использования совместно дефор- | ;иирусшайс* с бетоном высокопрочной стали как сжатой арматуры ¡колонн. По-видииому, одним из важнейших нащв'влений научного поиска ï данном направлении является определение оптимальных режимов нагрунения колонн, при которых реализуются наибольшие значения деформаций сжатия бетона. Значительные возможности :Повыкения принимаемых в расчетах повыиенных значений деформаций вето на и высокопрочной арматуры открываются в случае учета деформаций ползучести при длительном действии нагрузки. Вцияниз 'эксцентриситетов, особенностей поперечного армирования и коли-' ¡чества высокопрочной арматуры-на величины предельной сжимаемости бетона и предельных напряженна (5ic в арматуре установлено ,в упомянутых выше исследованиях А.Чистякова и его учеников. Амплитуда изменения-значений Gic в зависимости от указанных <{акторов весьма велика. По нашим расчетам они изменяются от ЛОО МПа до 700 Mlle и более.

' Практически все названные исследования относятся к корот-jKiïM стержням с гибкость», не превышающей Ah*i/h « 8, и не учитывают, как правило, влияния на несущую способность сжатых келезобетонных злеиентов истории их нагрутения, в частности • Длительного харантера дейсгвия гневней нагрузки различного ypo-j î'-.л. Вместе с тем в практике проектирования и строительства , j когда на первый план выдвигается вопросы экономии материалов и ! " уменьшения массы сооружений, наиболее перспективным является i ¡¡рикенение более гибких сжатых стержней, например при значениях гибкости, близких к величине Я » l/h ~ '15. Отсутствие экспери-; ментальных данных, подтверждающих эффективность применения вы- ! Сокопрочиой арматуры в стержнях указанной гибкости и надежность

их эксплуатации при различных режимах внешнего нагружения'до- '< называет актуальность выбрачного направления исследования.

I Во второй гладе приведено теоретическое исследование наирн-иекно-дефориироЕанного состояния нормальных сечений сжатих же;,-робетоншх стержней при различных значениях эксцентриситетов кратковременных и длительно действующих продольных елл с учето^ реометриче'ской и физической нелинейности в зависимостях, отрнм (этих связь между напряжениями и деформациями в бетоне и зависимость величины внешних усилий от особенностей деформирования ^терхней. На основе одного из вариантов теории ползучести бетона - наследственной теории старения - выполнено преобразование предложенного Н.Х.Арутсняком исходного интегрального уравнения ; Достояния бетона при переменных напряжениях высокого уровня и ^аписи функции меры ползучести с(1,Т) » ферме, рекэмениуенои |1.Е.Прокоповичем и М.И.Улицким, в алгебраическое в области ли-

^¡ейной и нелинейной ползучести бетона. Предполагается, что но шеоте сечения связь между деформация«* ползучести и напряжениями может быть и линейной, и нелинейной. В осьгву преобразование

{оложено предположение об ограниченном "сверху" характере из.че-ения напряжений в бетоне, вйзванном перераспределением .нну треньях усилий, вое принимаемых Саюи ом и арматурой. ч 1 С учетом ряда дополнительных упрощающих предпосылок излученные алгебраические- зависимости имеет при нелинейной свяли между дополнительными напряжениями в бетоне и деформациями Следующий тл

| , (2-} Где: + ' ( 3 )

При линейной связи между напрлкенкг.ии в бетоне и де^ормаци-¿мй ползучести получена алгебраическая зависимость, совпадавши г форнулои, выведенной А ,Б-Голыше вы м и В.2.Захаровым: ;

| ('о

I I

1 На основе алгебраических зависимостей (2) и (5) реоены зп-¿ачи об определекии напряженно-дефэрмиро ванного состояния п^пе-

речых сечений внецентренно сжатого стержня с различными эксцентриситетами, то есть при наличии или отсутствии трещин при дли тельном действии внешней нагрузки высокого уровня.

Расчетами, применительно к опытным образцам колонр, испы-тывавшихся в наших экспериментах, установлено, что при высоком уровне кратковременных сжимающих эксплуатационных нагрузок, предположение об упругой работе материалов не приводит к достой верному определение величин напряжений в бетоне и арматуре в 1 сравнении с результатами проведенного эксперимента лВычислешш<!

4 по упругой схеме напряжения в бетоне на наиболее сжатой грани

намного превысили опытное значение предела прочности бетона при сжатии, что должно было бы вызвать разрушение колонн. Однако, образцы'колонн при указанном уровне сжимающей нагрузки, Травной 75$ ог разрушающего усилия, продолжали сопротивляться ¿действии внешних сип в течение 120 суток выдержки; после чего ^потребовалось приложить дополнительно нагрузку, на 50$ и более превышающую эксплуатационную длительную, чтобы довести колонны| ¿до разрушения. Попытка учесть при определении кратковременного * \ ¡напряженно-деформированного состояния упруго-пластическое сос-

тояние бетона с помощью коэффициента V - 0,45 привела к существенному снижению определенных расчетом значений напряжений в бетоне со сторона наиболее сжатой зоны. Но к после этого они оставались значительно большими опытных величин прочности бетона. рекомендуется определять напряженно-деформированное состояние поперечных сечений сжатых стержнея при кратковременном деЯ-¡ствии эксплуатационных нагрузок высокого уровня с учетом быстра-:натекающих деформация ползучести бетона. Эффект проявления этих деформаций предлагается оценивать по методике, сходной с методикой определения потерь предварительного напряжения в арматуре согласно нормативной методики. Вычисленные с учетом.упруго-пластического состояния бетона и быстронатекающих деформаций ¡ползучести напряжения на наиболее сжатой грани сечения оказались почти в два раза ниже значений, вычисленных в предположении упругой работы бетона,и не превышают предела прочности бекона. | j Дальнейший процесс перераспределения внутренних усилий j Цежду бетоном и арматурой, протекающий вследствие проявления I , ¡основной части деформаций ползучести при длительном действии { ¡внешней нагрузки, привел к еие большему уменьшению напряжений i

i Е; ....................... ........................... ...:___ÍJ

¿"бетоне. Эффект этого перераспределения достаточно надежно оце| нивается предложенной методикой определения текущего напряжеино-Деформироганного состояния сечений при длительном действии эксплуатационной нагрузки. Справедливость'такой оценки подтверждается измерением деформаций и соответствующих им напряжений в ар|— ¿атуре опытных образцов колонн и сравнением их с теоретическими ¿еличинаии.

Для реализации полученных при минимальных допущениях тео ¿стических решений составлены алгоритмы расчетов и программы вашинного счета.

Наряду с уточненными методами расчетов разработаны упрощен гые инженерные способы определения напряженно-деформированного | состояния нормальных сечений при кратковременной и длительном действии внеи.чих нагрузок. Для нмх также разработаны алгоритмы ешенйй и составлены программы расчетов на ЭВМ.

В третьей главе предлагается методика расчета сжатых стер жней с высокопрочной продольной ариатурой и обычным поперечным армированием в виде двухсрезных хомутов в стадии разрушения. Отдельно рассматривается случаи кратковременного и длительного действия внешней нагрузки.

При крат ко греке нно м действии внешней нагрузки в основу по ложена нормативная методика определения несушей способности нор мальных сечений с допущением о наличии прямоугольной эпюры сжимающих напряжений, в бетоне. Одновременно с этим используются рекомендуемые Е.А. Чистя то выи экспериментальные зависимости, учитывающие при определении предельной сжимаемости бетона и соответствующих ей напряжений в совместно деформирующейся арма туре факт наличия высокопрочной стали при различных коэффициен тах армирования и эксцентриситетах продольной силы.

Для учета продольного изгиба стержней средней гибкости, исследуемых в данной работе, рекомендуется определять прогибы колонн по формулам, выведенным в главе 2. Допускается также упрошенный способ учета продольного изгиба, аналогичный действующей нормативной методике. Влияние прогиба на несувдю способность сжатых стержней определяется путем умножения начального 1 эксцентриситета продольной силы на коэффициент продольного из- ; гиба

Г} - ■/// - Н/П„ С7)

Условная критическая сила должна определяться с учетом

упруго-пластического состояния бетона по формуле, несколько

I ' ■ 9.

отличавшейся от рекомендуемой сНиП 2.03.01-84 j

- .• <8>!

Наличие в рекомендуемой дпя определения ÑC1 формуле (8) i коэффициента Ц » 0,45, характ;еризусвего упруго-пластическое ссстояние бетона при кратковременной действии нагрузки, сувдест-j шенно повышает роль мощной упругой связи в виде высокопрочной продольной аркатуры при оценке влияния продольного изгиба. | ' При длительном действии нагрузки предлагается определять I fecymyo способность сжатых стержней с высокопрочной арматурой J :: учетом "истории" их нагружения, учитывающей длительное дейст-j Ьие эксплуатационной нагрузки. Влияние "истории" нагружения ¡ рказывается двояко. Во-первых, происходит дополнительное увели-] hemie деформаций сжатия бетона и высокопрочной арматуры, выз- ¡ ¡ванное ползучестыЛбетона при длительном действии нагрузки. Зо-| ¡вторых, снижается жесткость стержня в результате длительного j |<агружекия при вычислении момента внешних сип. На основании анализа опытных данных, полученных при выполнении эксперименталь- i itoro исследования, установлено, что при длительном действии эк~ ^плуатационной нагрузки высокого уровня fie » 0,75 Л^^предаль- 1 деформации сиатого бетона стержней, доведенных после выдер-| этой нагрузки л. наших опытах в течении 120 суток до разру- j ¿ения, превышаю? предеяьныа деформации бетона а арматуры стер- ¡ jmeí, не испытываиадх предварительно длительной'выдержки под .! »шгруэкой, как мин*шуи на 10%. На основании этого рекомендуется! определить пределнме деформации сиатого бетона по формуле

б* ' 1,87 + Rt/90 (Ъ.МПа)- ( 9 ) j

формула (S) по своей структуре аналогична зависимости, предло- '! ¿енной Е .Л.Чистяковым. |

I Отрицательный эффект увеличения прогиба при длительном действии внешней нагрузки надлежит .определять по формулам, вы- ¡ ^еденным г главе 2. ',

В случае использования упрощенной методики определения не-',

утзй способности снижение жесткости стержня рекомендуется учи-; бывать при определении условной критической силы снижением но- I ||ента инерции бетонной части сечения в I Раз*

ю

(

Значения характеристики ползучести бетона можно при проектировании опроделять по действующим нормативным документам.

Четвертая глава" посвящена описание методики проведения эксперимента и содержит основные результаты проведенных опытов. ' С целью проверки полученных во второй и третьей главах теоретических решений было изготовлено две партии железобетонных ко- j i лонн в количестве 36 штук. 12 образцов первой партии имели ра—! змеры поперечного сечения 100*120 им с длиной 1500 мм. Для npoj-дольного армирования применялась высокопрочная стержневая аркатура класса АТ-У диаметром Ю им. В каждой колонне содержалось] по четыре стержня. Образцы второй партии сечением 80x100 мм и длиной 1200 мм армировались также четырьмя стержнями из высокопрочной стали Ат-У. Диаметр стержней в двенадцати образцах вто*-рой партии был равен 10 мм, а в оставшихся 12 колоннах - 12 ,mm¡. Следовательно испытанием подвергались колонны с тремя значения-!ми коэффициента армирования - 0,0262, 0,0393 и 0,0565. В ка- | [честве поперечной арматуры использовались обычные двухсрезные ! |хомути сначала из гладкой углеродистой проволоки диаметром j 13 мм, а затем - во второй партии-1» мм. йэг хомутов в обеих лар<-тиях колебался от 100 до ПО и*. Для предотвращения преждавре-.; менного разрупения торцевых участков колонн устанавливались у ! каждого торца на длине 120 мм по четыре сетки и торцевые сталь; ные пластины толщиной 10 и 20 им. j

Для проведения длительных испытаний были изготовлены спе-| циальныа пружинные установки"мощностью по 500 кН каждая. Все i |колонны имели одинаковую гибкость и испытывались при трех значениях относительных эксцентриситетов продольных сил: £//? • ' !»0,0; 0,1 и 0,3. Перед проведением длительных испытания поло- * ¡вина всех образцов доводилась до разрушения кратковременной ¡ ¡действующей нагрузкой. Уровень длительно действующей в течении: ¡120 суток нагрузки составлял во всех случаях 75$ от величины ' кратковременной разрушающей нагрузки. В процессе кратковрекян-; них и длительных испытаний с помощью датчиков омического сопротивления, индикаторов часового типа и прогибомеров измерялись ! ¡продольные деформации арматуры и бетона на гранях, перпендину-. |лярных плоскости 'заданного эксцентриситета, а также перемете ния ¡средних сечений колонн. Прочносткне и деформативные характеристики бетона и арматуры изучались на бетонных кубах, призмах и (арматурных стержнях, отрезанных от основной арматуры колонн.

! ^ , п

Кратковременные испытания приз« и кубов проводились по 1 стандартной методике статических испытаний. Деформации ползучести бетонов определялись при длительных испытаниях призм в специальных пружинных установках. Параллельно с испытаниями призм на ползучесть измерялись деформации свободной усадки не-нагруженных бетонных призм.

Колонны, испытывавшие длительное действие нагрузки после 120 сутов выдержки разгружались и доводились до разрушения по методике кратковременных испытаний путем ступенчатого нагруже-ния.

Таким образом, на опытных образцах, имевших одну и ту же ¡ гибкость Л m£//l ш15, изучалось влияние на насулув способ - j ность колонн с высокопрочной арматурой коэффициента прододьно-j го ириирования, начального эксцентриситета продольных сил м ! длительной выдержки под нагрузкой Ne» 0,75 Нрн? j

В пятой главе содержатся-результаты проведенного анализа данных экспериментального изучения кратковременного и длительЧ ного сопротивления колонн с высокопрочной арматурой в зависм- | мости ад эксцентриситетов продольных сил и коэффициентов 'арми-j рования. В*лолнено сопоставление опытных и теоретических дан- j них, полученных по "теоретическим формулам. j

Установлено, что несущая способность колонн с высоко про 4-¡ ной арматурой после длительной выдержки под нагрузкой высокого! уровня при N, ш о, 75 Нреар увеличилась в ^сравнении с кратковременной иесущзй способность в среднем на Наибольимй при- j рост несущей способности имел место в колоннах с нулевым начальным эксцентриситетом. Предельные деформации наиболее сжатой арматуры после мительной выдержки под нагрузкой возросли в сравнении с кратковременными испытаниями в среднем на Наибольший прирост имел место для случая максимального коэффк-j циента армирования. Характер зависимости величин продольных i деформаций и соответствующих им напряжений в продольной наибо-t лее сжатой арматуре от коэффициентов армирования и зксцентри- | ситетов продольны^ сил один и тот, как при кратковременном так, при длительном действии сжимавших сил. Предельные деформации j сжатия <?ic,u с увеличением коэффициента продольного армирова-! ник от 0,0262 до 0,0565 увеличивается с 3.29Z» до при |

нулевых значениях случайного эксцентриситета. С увеличением | начального эксцентриситета при прочих равных условиях отмеча- i

jX__;_____________________________:____________□

ется рост значений ¿и>и тем болыаиЯ. чем меньше коэффициент армирования. Прир - 0,0262 этот рост с увеличением эксцентриситета от нуля до иаксимапьного »0,3 составил 2Ъ% ,а при /1 т 0,0565 только Г15С.

Вообие, следует сказать, что анализ результатов опытного исследования выявил неоднозначный характер влияния различных Факторов на изменение деформативности и несуше я способности колонн. При стремлении к объективной сцанке, этих факторов необходимо учитывать их комплексное воздействие, что предусматривается рекомендуемыми теоретическими зависимостями. Каи правило, сопоставление' опытных и теоретических величин деформации и раз-рувающих усилий показывает их хорошее соответствие. Вместе с тен необходимо отметить большое влияние случайных колебаний эксцентриситетов продольных сил на величины деформации и напряжений в наименее сжатой или слабо растянутой арматуре. Хоро-яее соответствие опытных значений деформаций напряжений и усилия соответствующим теоретическим величинам , подсчитанным (По предлагаемым форнупам, подтверждает надежность полученных теоретических зависимостей.

ВЫВОДЫ

1. Библиографический анализ выполненных до сих пор исследований в области, хасаюсейся работы сжатых железобетонных стержней о высокопрочной арматурой, выявил полное отсутствие данных по стойкам с наиболее распространенной и практически существенно важной гибкостью Л «¿7/7-15. Ооведаеыые в настоящей работе результаты .экспериментальных и теоретических исследований . выполняют этот пробел.

2. Исследовалась работа стоек с высокопрочной продольной арматурой' класса А^-У при различных коэффициентах армирования от 0,0262 до 0,0565; обычном поперечном армировании в виде вязанных хомутов и различных эксцентриситетах продольных сил, кай при кратковременном, так и при длительном действии сжимающих | :ия высокого уровня - Мет 0,75 !

3. Разработанная-при минимальных допущениях и упрощениях ! предлагаемая для использования расчетная методика определения { напряженно-деформированного состояния сжатых стержней позволяет ь достаточной достоверностью оценить и с качественной, и с ко- | ничественной стороны напряжения и дефориации, возникающие в

батоне и аркатуре при различных значениях эксцентриситетов к коэффициентах армирования, как при кратковременном, так и при длительном действии внешней 'нагрузки'. Для практической реализа ции полученных решений составлены программы расчетов на ЭВМ. Разработаны также у про ценные методы расчета, позволявшие без затруднений при минимальных затратах времени и труда выполнять все необходимые инженерные расчеты, Для них также составлены алгоритмы и программы рас<етов на ЭЕМ.

^.Предлагается упрощенная методика расчетов сжатых стерж-| ней с высокопрочной арматурой на прочность, учитывавшая возмоар пость длительного пребывания колонн под нагрузкой высокого уро вня. Эти предложения в максимальной степени учитывает сущест-вувщув методику расчета, рекомендуемув СНиЛ 2.03.01-84. Проведенные экспериментальные исследования показали надежную сходимость результатов теоретического и•экспериментального исследований.

5. Установлено, что вследствие значительного пе ре рас преде * ления внутренних усилий в сечениях кеаду бетоном к арматурой | обеспечивается безопасная эксплуатация сжатых стержней гибко -| стьв Л - -/Ь »15 при различных эксцентриситетах и коэффициен -! тах армирования (но ие болеетб% ), как при кратковременном! действии внешней нагрузки,' так и при длительной выдержке колоне при значительном уровне эксплуатационной нагрузки,ие меньвей 75% от велчины кратковременного раэруиавщего усилия, начальные высокие сжяяардие яапряження в бегоке на наиболее снагой грани

за период.длительного пребывания колонн под нагрузкой могут снижаться в два к бедее pasa, а напряжения в арматуре у этой хе грани могут достигать в процессе эксплуатации значений,близ ких к условному пределу текучести высокопрочной стаям. Величина предельных напряжений в арматуре зависит от многих, имевших ' неоднозначный характер факторов, к числу которых следует преж- . х* всего отнйсти и начальный эксцентриситет продольной сияй, j насыщение сечения высокопрочной арматурой к гибкость,спасобст- j вуюцуи развитие дополнительных деформаций продольного изгиба j стержня. Процесс нарастанкя прогибов и перераспределения лнут- ; реиних усилий заканчивается в основном через два месяца после { приложения длительной нагрузки, а бодьвая час»» длительных де- ¡ формаций стабилизируется в течении первых 30 суток. •

6. Достаточно высокую безопасность эксплуатации колонн с ) высокопрочной аркатурой, испытывающих длительное действие зна-( Чителышх нагрузок подтверждает тот факт, что после пребывания таких образцов под высоким уровнем начальной нагрузки и окон-¡чания времени выдержки потребовалось увеличение более чем на 15С$ величин продольных сил, чтобы довести стойки до разрушения;. ¡Столь значительный рост несукей способности колонн, выдеряива-впихся в течении 120 суток под нагрузкой, составлявшей около

от первоначальной несущей способности образцов, объясняется не только ростом прочности бетона, что имело место в наних опытах, но и разгрузкой бетона за счет более интенсивного вкпю чения в работу модной упругой связи, роль которой выполняла высокопрочная арматура. Положительный эффект включения в рабо ту высокопрочной арматуры при длительной выдержке колонн под нагрузкой тем больше, чем выше коэффициент армирования.

1 Вместе с тем нельзя не считаться и с возможностью проявлз!-ния отрицательных последствий перераспределения внутренних усилий. речь идет о том, что после снятия длительной нагрузки, аккумулированная сильно нагруженной продольной арматурой энергия! деформаций сжатия освобождается и разрывает бетон колонн.Этот! факт, отмеченный ранее а исследованиях других авторов и отмеченный в свое время еще АД .Гвоздевым, имел место и в напих исследованиях в момент разгрузки образцов после длительных испытаний перед приложением кратковременной разрушаюией нагрузки По-видимому, приманзиие мощной продольной высокопрочной врма- ■ туры в колоннах, испытывающих значительные знакопеременные дл.ч;-тельные воздействия нежелательно из-за опасности образования ; трещин в стадии эксплуатации. Во всяком случае эта возможность! должна учитывать« в процессе проектирования, на наш взгляд I ¡исследования по изучзнию возможности эффективного использова- | ния высокопрочной стали в качестве сжатой арматуры кой^нн в | гибкостью, близкой ж А следует продолжить в направ-

лении поиска безопасных режимол эксплуатации таких конструкций^

7. В целом результатами проведенного комплексного исоледо* вания сопротивления колони средней гибкости (Л » 15) ■ кратковременному и длительному нагрукенив подтверждена возможность применения в них высокопрочной продольной арматуры клас-1 са Ат- У с высокой степенью использования ее прочностных ха- ! рактеристик при работе на сжатие. Степень этого использования 1

зависит от класса бетона, коэффиицеита армирования, эксценгри-{ . снтета продольной силы и определяется в случае кратковременно-; го нагружения по формула«, предложенным Е .А. Чистя ко выи. При длительном действии нагрузки рекомендуется зависимости, приведенные в глава 3.

В наших исследованиях напряжения в наиболее скатой арматуре опытных образцов в зависимости от перечисленных факторов юлебались от 613 до 970 Ша.

Основные положения диссертации опубликовав а следующих работах:

1. Длительное сопротивление иелезобетонннх колонн, работающих без трецин в растянутой зоке (малые эксценгриситзты}//Деп. во ВНИИНТПИ, и* 9. 1991.- б С

2. Замена интегральных уравнений теории ползучести бетона алгебраический в надклейкой области на основе фу акций Ц .£. Прокоповича и Н.И.Улицкого//Деп.во ВНИИНТПИ, » 9, 1991.--5 с. ; . ;

3. Исследование железобетонных колона е высоковрочмой-ариатурор работавших без треиин в растянутой зоне//Теэисы докладов П | научи.-техн.конф.Молодых ученых и специалистов,ТвеПИ.1991.-1 - 1с. "

4. Напряженное состояние высокопрочной арматуры в сжатых желе-) зобетокных стержнях при нелинейной ползучестц//Иежвуз.научн сб. Ис еле д. с троит, конструкций и техн. их изготовл. Тверь,

" 1992.- 5 с.

ГеьшпгчеокиЯ план 1992 г.196

Подписано к печати 7.04.92. Формат 60x30/16. Ротапринтяая па-' чать. Усл.печ.д. 1,0, Уч.-изд.л. 0.57. Усл.кр.-отг. 1,125. | Тирдх 100 экз. Заказ 269. Внештатно Издательство Российского университета дружбы вдродов 1

_П7 923- ГСП-1. 1/.ооква. ул.0итокик:1лзо.3_

Типография изд&тел ьстьа г/£Н 117923, ГСП-1, Носова, ул.Орджоникидзе,3 ;

1В