автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Локально предварительно напряженные изгибаемые элементы шпренгельного типа

ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

к I •-)

,г. На правах рукописи

11 но а

МОХАММЕД ХИШАМ АЛЬ ХАДЖ МАХМУД АЛЬ - ЛАХХАМ

ЛОКАЛЬНО ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ИЗГИБАЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ШПРЕНГЕЛЬНОГО ТИПА

Специальность 05.23.01 - строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических ¡шуте

Харьков - 1996

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций Харьковского государственного технического университета строительства и архитектуры.

Научный руководитель - д.т.н., профессор Шагин АЛ. Официальные оппоненты - д.т,н., профессор Фомица Л.Н.

на заседании специализированного ученого совета Д 02.15.05 Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта по адрес).': 310050, г.Харьков, пл. Фейербаха, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим посылать на имя ученого секретаря.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного ученого совета

- к.т.н., доцент Хазанов Ю.М. Ведущая организация - Укргорстройпроект (г. Харьков) Защита состоится 1996 г.ъ/Ч

У /I

1996 г. в 1Ч -

часов

к.т.н., доцент

Ермак Е.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы и степень исследованное т и тематики диссертации. Снижение материалоемкости железобетонных конструкций перекрытий, увеличение пролетов, возможность варьирования их дайнами в соответствии с требованиями заказчиков представляет весьма важную и актуальную задачу, от успешного решения которой существенно зависит индивидуальность, гибкость, экономичность, архитектурная выразительность зданий, конкурентоспособность строительных организаций.

Эффективное решение указанной задачи невозможно без применения предварительного напряжения. Повышая трещиностонкость и жесткость конструкций, оно позволяет не только увеличить размеры перекрываемых пролетов, но и снизить материалоемкость за счет появляющейся возможности использования сталей и бетонов высокой прочности. Однако традиционные способы обжатия, прежде всего наиболее часто применяемое электротермическое натяжение на упоры, требуют существенных затрат электроэнергии, металлоемких силовых опалубочных форм, транспорта и монтажных кранов достаточно большой грузоподъемности. Отмеченное предопределяет необходимость проведения экспериментально-теоретических исследований, направленных на создание неэнергоемких предварительно напряженных конструкций небольшой массы, которые бы в сочетании с начинающими широко применяться мслкоштучны-мн элементами позволяли формировать плоские сборно - монолитные перекрытия увеличенных пролетов с возможностью изготовления сборных предварительно обжатых изгибаемых элементов различной длины в одних и тех же несиловых опалубочных формах. До настоящего времени данная проблема остается исследованной крайне недостаточно, практически отсутствуют эффективные конструктивные решения, соответствующие современным технико-экономическим требованиям.

Целью настоящей работы является создание и внедрение локально предварительно напряженных изгибаемых элементов шпренгельного типа для сборно - монолитных плоских перекрытий и покрытий увеличенных пролетов, разработка методики их расчета с учетом

физической нелинейности и деформированной схемы.

Поставленная цепь обуславливает следующие основные задач VI исследования:

1. Разработка сборно - монолитных локально предварительно напряженных изгибаемых элементов шпренгельного типа.

2. Построение и экспериментальная проверка процедуры локального обжатия элементов шпренгельного типа и методики определения параметров одно - и двухэтапного натяжения арматуры.

3. Оценка потерь напряжений при локальном предварительном обжатии.

4. Разработка методики расчета трещнностойкости, жесткости и несущей способности локально обжатых элементов шпренгельного типа с учетом физической нелинейности и деформированной схемы.

5. Экспериментальное исследование работы элементов шпренгельного типа на различных стадиях нагружения.

6. Сопоставление экспериментально полученных данных с результатами расчета по разработанной методике.

7. Внедрение результатов работы.

Объектом исследований являются локально предварительно напряженные изгибаемые элементы шпренгельного типа, закономерности их деформирования и разрушения.

Методика исследований. На основе способа локального предварительного напряжения поперечной нагрузкой и предложенной его двухэтапной модификации создание и экспериментально- теоретиче,-екое исследование локально предварительно обжатых изгибаемых элементов шпренгельного типа; построение на основе положений нелинейной теории железобетона и экспериментальная проверка методики расчета их трещнностойкости, жесткости и прочности; внедрение результатов работы.

Лично полученные диссертантом результаты,которые выносятся на защиту:

- разработанные решения сборно - монолитных локально предварительно напряженных изгибаемых элементов шпренгельного типа;

- двухэтапная модификация способа локального обжатия, методика определения параметров натяжения арматуры и результаты ее экспериментальной проверки:

- экспериментально полученные данные об эффективности яокаль-ного обжатия, его влиянии на работу изгибаемых элементов шпренгель-ного типа:

- методика расчета трещиностойкости, жесткости и прочности разработанных конструкций;

- подтверждение приемлемости разработанной методики расчета сопоставлением с экспериментально полученными данными.

Дос товерность ре зультатов подтверждается проведенными с применением современной измерительной техники и методов статистической обработки данных экспериментальными исследованиями локально предварительно напряженных элементов шпренгелыюго типа, а также арматурных фрагментов при одно - и двухэтапном натяжении; использованием методов классической строительной механики и нелинейной теории железобетона.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложен подход к формированию сборно-монолитных изгибаемых железобетонных элементов шпренгельного типа с локальным предварительным обжатием, нарастающим в процессе последующего на-гружения;

- разработаны принципы даухэтапного локального предварительного напряжения и методика определения параметров натяжения арматуры;

- разработана методика расчета предложенных элементов с учетом физической нелинейности, деформированной схемы и стадии их формирования;

- экспериментально выявлены закономерности деформирования и исчерпания несущей способности предложенных конструкций шпренгельного типа.

Практическая значимость работы состоит в том, что предложенные принципы конструирования и локального предваритель-

ного напряжения, разработанные методики расчета и программы для ПЭВМ обеспечивают возможность рационального проектирования и применения эффективных сборно - монолитных перекрытий, в первую очередь с использованием мелкоштучных элементов, что позволяет существенно уменьшить затраты электроэнергии, материалов, транспортных средств, кранового оборудования и открывает перспективы увеличения пролетов, индивидуализации, разнообразия объемно - планировочных решений зданий и соответственно повышения эффективности работы и конкурентоспособности строительных организаций.

Уровень реализации, внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в АО "Харьковский ДСК-1", где в цехе №3 создан участок и освоен выпуск локально предварительно напряженных и мелкоштучных элементов сборно-монолитных перекрытий увеличенных пролетов.

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на Международной научно-практической конференции "Совершенствование строительных материалов, технологий и методов расчета конструкций в новых экономических условиях" (Сумы, 1994), научных конференциях ХГТУСА 1994-1996тт.

Публика ции. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 136 наименований. Она включает 125 страниц машинописного текста, 6 таблиц и 64 рисунка. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу конструктивных решений, особенностей работы и расчета различного типа предварительно напряженных шпренгельных еистем. При этом основное внимание уделено исследованиям Михайлова В.В., Климова Н.И., Крамаря В.Г., Шагина АЛ., Дишингера Ф., Кани Г., Рифаи М., Юбица Л., в которых идея шпренгельного подкрепления используется одновременно доя создания предварительного напряжения железобетонных элементов.Сама напрягаемая арматура выступает в роли шпренгельной части конструкции. Рас-

смотренные подходы позволяют исключить использование для натяжения электроэнергии, мощных домкратов. Кроме того, способ локального предварительного напряжения поперечной нагрузкой обеспечивает возможность обжатия неразрезных, монолитных конструкций. Однако в случаях увеличенных пролетов, повышенных нагрузок при его применении возникают трудности с размещением напрягаемой арматуры, особенно в сборно-монолитных изгибаемых элементах, рассматриваемых в настоящей работе.

Исследованию сборно-монолитных конструкций, разработке методов их расчета, оценке влияния усадки, ползучести посвящены работы Барашнкова АЛ., Буракаса А.И., Голышева А.Б.. Кривошеева П.И., Кузьмичева А.Е., Онуфриева Н.М., Полищука В.П., Ратца Э.Г., Сунга-туллина Я.Г.. Улицкого И.И.. Семюэли Ф., Эванса Р. и др. Тем не менее работа предварительно напряженных сборно-монолитных конструкций шпренгельного типа, характер распределения усилий в них остались мало изученными.

В результате выполненного анализа определены и сформулированы задачи настоящих исследований.

Во второй главе представлены предлагаемые элементы шпренгельного типа, рациональные схемы их локального предварительного напряжения, методика расчетного определения параметров натяжения арматуры и результаты ее экспериментальной проверки.

Указанные конструкции предназначаются прежде всего для сборно-монолитных перекрытий увеличенных пролетов, один из вариантов которых с применением мешеоштучных элементов показан на рис.!. Сборная часть главной балки представлена на рис.2

В основу разработанной конструкции положен способ локального предварительного напряжения поперечной нагрузкой, предложенный Шагиным АЛ.

В соответствии с данным способом при бетонировании конструкции в ней оставляется паз. в котором располагается средний оголенный участок напрягаемой арматуры. Два концевых ее участка находятся в прио-порных сплошных зонах, длина которых прежде всего определяется уело-

Рис.1. Конструктивное решение сборно-монолитного перекрытия

1 -локально предварительно напряженная главная балка;

2 -прогон; 3 - монолитная железобетонная плита;

4 -пустотные блоки-вкладши; 5 - напрягаемая аркатуоа; 6 -пементно-песчанкй раствор; 7 -слой керамзита

-I

Л

ш ■ X. -V- ___ ж

V// У////4

кЬ-Ь^й

1

Рис.2. Локально предварительно напряженный изгибаемый элемент шпренгельного типа I - напрягаемая арматура; 2 - уроршй стержень; 3 - железобетонная балочная часть; 4 - ненапрягаемак армат,

Рис.3. Схема ицухэтапного натяжения арматуры

дм

Шй

у,

ьА ^

виями анкеровки напрягаемой арматуры.

Предварительное напряжение осуществляется после достижения бетоном передаточной прочности путем приложения непосредственно к напрягаемой арматуре поперечной нагрузки Рр. Возникающий при этом распор обжимает конструкцию в пределах длины паза, ее приопорные зоны остаются не обжатыми, вследствие чего предварительное напряжение можно считать локальным. После оттягивания арматуры в проектное положение производится его фиксация с помощью упорного стержня, пропускаемого через отверстия в стенках паза ( рис.2.) или другими разработанными способами. Снятие нагрузки приводит к надавливанию оттянутой арматуры с той же силой Рр на упорный стержень и соответственно к выгибу конструкции в пределах длины паза. Таким образом, имеет место двухстадийное обжатие, вызываемое силой НР и изгибающим моментом, например, при силе приложенной в середине длины оголенного участка напрягаемой арматуры 1!р,

где ен - расстояние от места выхода напрягаемой арматуры в паз

до физической оси элемента. Величина поперечной нагрузки Бр, требуемой для создания усилия обжатия Нр, определяется из условия равновесия в месте приложения нагрузки с учетом деформированной схемы

Как видно, малость величины деформаций арматуры (вар « 1) позволяет упростить зависимость ( 2 ) и заключить, что значение требуемой поперечной нагрузки РР в 1О ... 20 раз меньше величины создаваемого ею натяжения НР. Это дает возможность осуществлять локальное предварительное напряжение маломощными, ручными гидравлическими или винтовыми домкратами. В отличие от основного способа обжатия сборных

(1)

(2)

конструкций - электротермического натяжения на упоры, представляется возможным отказ от использования электроэнергии, силовых форм и изготовление в одной и той же опалубке изделий различной длины.

Следует отметить, что зависимость ( 2 ) в ее приближенной форме получается и из рассмотрения работы арматуры по схеме гибкой пологой висячей деформируемой нити.

Чем ниже расположена напрягаемая арматура до натяжения, тем выше эффект обжатия. Однако необходимость ее расположения ниже физической оси сечення, сравнительно небольшая глубина паза существенно ограничивают отмеченную выше возможность. В целях повышения эффекта обжатия в данных условиях в настоящей работе предлагается применение двухэтапого натяжения арматуры. На первом этапе натяжение создается стягиванием или раздвижкой арматуры в горизонтальной плоскости, на втором - оттягиванием вниз в вертикальной плоскости. На рис.3, представлена одна из возможных схем двухэтапного локального предварительного напряжения. Разработанная методика расчета параметров натяжения построена на рассмотрении работы арматуры по схеме гибкой нити, загруженной в двух плоскостях. При приведенной на рис.3, схеме усилие натяжения Нр связано е силами Р?ь и РР2, приложенными, например, соответственно е середине и в третях длины оголенного участка арматуры, зависимостью

^Р " Дур

V

При этом имеет место соотношение

т?2 V1 Л 1 р2

8 г 3 J

(3)

4 -

р\ ^ 1 р2

(4)

где г и у - стрелки провиса арматуры соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Откуда

Значения Hp и z / у задаются с учетом требований СНиП 2.03.01 -84, размеров сечений паза, диаметра арматуры, количества стержней.

Проверка методики расчета параметров одно- и двухэтапного натяжения арматуры производилась в испытаниях фрагмента из двух стержней d= 14.5 мм, сталь класса A-I, длина = 1560 мм.

Целью эксперимента также являлось сопоставление величин стрелок провиса арматуры при одно- и двухэтапном натяжении. В обоих случаях величины напряжений в арматуре после осуществления натяжения были одинаковыми <тбр ~ 140 МП а, однако в первом случае указанное достигалось оттягиванием арматуры вниз двумя силами, приложенными в третях длины 4р, за один этап. Во втором случае на первом этапе стержни стягивались в середине до того положения, когда напряжения в них достигали crsp = 70 МПа. На втором этапе приложением двух сил в третях длины 4Р напряжения в стержнях доводились до c-sp = 140 МПа. Сопоставлялись окончательные значения стрелок провиса в вертикальной плоскости в первом и втором случаях.

Величины деформаций арматуры фиксировались двумя тензометрами Гугенбергера на каждом стержне, стрелки провиса - прогибомером с ценой деления 0.1 мм. Испытания проводились в машине МС-1000, в которой устанавливалась горизонтальная жесткая металлическая рама с закрепленными в ней двумя арматурными стержнями. В эксперименте установлено, что при одноэтапном натяжении стрелка провиса составила у = 2.49 см, при двухэтапном у = 1.77 см, т.е. в 1.4 раза меньше. Таким образом, двухэтапное натяжение позволяет существенно ниже расположить напрягаемую арматуру в пазе и в соответствии с зависимостью ( 1 ) повысить эффективность предварительного обжатия. Расчетное значение стрелки провиса при одноэтапном натяжении у = 2.38 см. Разница между опытным и расчетным значениями 4.43%. При двухэтапном натяжении: расчетное значение у = 1.68 см, отличие между опытным и расчетным

значениями 6.2%. Несущественность отклонений свидетельствует о приемлемости предлагаемой методики расчета.

Способ локального предварительного напряжения предусматривает последующую зачеканку паза высокопрочным бетоном, т.е последующую работу элемента как железобетонной конструкции. При этом должны соблюдаться требования СНиП 2.03.01-84 к расстояниям между стержнями. Ограниченность ширины паза чрезвычайно затрудняет размещение рабочей арматуры. Поэтому целесообразно смешанное армирование : размещение примерно 30% рабочей арматуры в теле бетона ( вне паза ) без предварительного напряжения. Указанная арматура площадью сечения Аз располагается в составе каркасов в стенках паза, обеспечивающих прочность по наклонным сечениям. Однако при увеличенных пролетах, повышенных нагрузках, когда количество требуемой рабочей арматуры значительно возрастает, одного применения смешанного армирования недостаточно для решения проблемы однорядного размещения напрягаемой арматуры в пазе ограниченной ширины.

В целях решения указанной проблемы предложен переход на принципиально иную схему работы элемента - шпренгельную, конструктивная реализация которой представлена на рис. 1. В отличие от способа локального предварительного напряжения арматура в пазе не омонопичивается высокопрочным бетоном, а остается оголенной на всем диапазоне нагру-жения. В этом случае конструкция работает как шпренгельная. Ее балочной частью является сам железобетонный элемент с ненапрягаемой арматурой (Аз), а шпренгельной - напрягаемая арматура (Аф). Особенность предлагаемого решения в том, что шпренгельное подкрепление располагается не по всей длине конструкции, а на ее части, в пределах длины паза. Но главное - возможность сведения расстояния между стержнями в пазе к минимуму, т.е. существенного увеличения количества размещаемой в нем арматуры. В целях защиты от коррозии напрягаемая арматура в пазе заливается деформативным цементно-песчаным раствором (слоем на 20...30 мм выше верха стержней). Остальная часть паза замоноличивается бетоном при устройстве монолитной железобетонной плиты. Между бетоном и раствором в пазе устраивается промежуточный слой, например,

керамзита ( рис.1), в целях предотвращения надавливания бетона на напрягаемую арматуру.

Благодаря шпренгельной схеме работы конструкции ее балочная часть подвергается дальнейшему обжатию и в процессе возведения перекрытия, и в процессе эксплуатации.

Третья глава раскрывает особенности разработанной методики расчета предлагаемого элемента шпренгельного типа. Он представляет собой один раз статически неопределимую конструкцию, распределение усилий в которой зависит от соотношения жеспсостей балочной части В и шпренгельной - Е«Р А6р, натяжение в которой НР от действия на элемент длиной 1 равномерно распределенной нагрузки q подсчитывается по полученной в результате раскрытия статической неопределимости зависимости

р 32В 5

I2 _

«Р

(б)

4-3)1г и ■ со®2 а Е^ • А., В ^43 4

где а - угол наклона оттянутой напрягаемой арматуры к оси элемен-

та.

В свою очередь железобетонная балочная часть является внутренне статически неопределимой конструкцией, в которой в свою очередь происходит перераспределение напряжений между арматурой и бетоном в соответствии с соотношением значений их модулей деформаций. До появления трещин в балочной части, текучести в напрягаемой арматуре характер распределения усилий практически соответствует упругой стадии работы конструкции. После появления трещин более интенсивно растет усилие в шпренгельной части. Текучесть напрях'аемой арматуры вызывает интенсивный рост усилий в балочной части, который и приводит к разрушению конструкции.

Следует отметить, что характер работы и разрушения конструкции зависит от геометрических параметров, деформативно-прочностных свойств бетона и арматур и заранее не известен. Поэтому расчет ведется

з

методом последовательных нагружений - перебором нагрузок. На каждом шаге натружения выявляется напряженно-деформированное состояние конструкции и сопоставляется с предельным по трещиностойкости, де-формативноети и прочности.

Ввиду внешней и внутренней статической неопределимости конструкции организовываются внешний, выявляющий распределение усилий между балочной и шпренгельной частями, и внутренний цикл итераций, в котором уточняются значения напряжений в бетоне и арматуре балочной части.

Нелинейность деформирования материалов учитывается введением секущих модулей деформаций. Изменение положения физической оси, высоты сжатой зоны предопределяет необходимость учета деформированной схемы конструкции.

Раскрытие внутренней статической неопределимости осуществляется решением системы нелинейных уравнений, полученных на основе привлечения условий равновесия и совместности деформаций, гипотезы плоских сечений, нелинейных диаграмм деформирования бетона и арматуры, предложенной Бондаренко В.М. закономерности распределений напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон.

Разработанная методика предусматривает расчет сборного элемента до замоноличивания части паза и устройства монолитной плиты, а также сборно-монолитной конструкции с частично зачеканенным бетоном пазом и монолитной полкой в сжатой зоне. В обоих случаях учитываются усилия, вызванные локальным предварительным обжатием.

В качестве критерия образования трещин принято условие 0ф1=Яь1, исчерпания несущей способности - Сф-Иь. Здесь сгфЕ и Оф - напряжения в крайних фибрах соответственно растянутой и сжатой зон бетона.

Разработаны алгоритм и программа расчета элементов шпренгель-ноготипана ПЭВМ.

В четвертой главе изложены методика и анализ результатов проведенных экспериментальных исследований, целью которых являлось изучение работы локально предварительно напряженных изгибаемых элементов и оценка приемлемости разработанной методики их

расчета.

Было изготовлено л испытано б серий балок длиной 1200 мм, сечением 80x140 мм по 2 образца - близнеца в каждой. Балки Б-J и Б-2 серии I были без предварительного напряжения. И зга баемые элементы шпрен-гельного типа БШ-1 и БШ-2 серии П локально обжимались оттягиванием арматуры в пазе вниз с фиксацией упорным стержнем, пропущенным над арматурой через отверстия в стенках паза.

В сериях Ш и IV фиксация арматуры осуществлялась с помощью упорной рамки. При этом в балках БИТУ-1-1 и БШУ-1-2 оттягивающая в середине длины нагрузка составляла FP = 1.5кН. в балках серии IV БШУ-2-1 и БШУ-2-2 она составляла FP = 3 кН.

Балки серии V отличались от образцов серии П тем, что арматура в пазе зачеканивалась цементно-песчаным раствором.

В исследованиях балок БШП-1 и БШП-2 серии VI определялись суммарные потери напряжений от ползучести и усадки бетона.

Ширина паза 30 мм, напрягаемая арматура 08 мм класса А-Шв, без предварительного напряжения - 05 мм класса Вр-1. Балки изготавливались в металлической опалубке, пазообразователь извлекался через 4 часа после бетонирования. Параллельно изготавливались кубы и призмы.

Измерение деформаций осуществлялось с помощью индикаторов часового типа с ценой деления 0,001 мм и тензодатчиков, перемещений -прогибомером с ценой деления 0.1 мм. Испытания балок производились в машине УИМ-50.

Кубиковая прочность бетона составила R = 37.7 МПа, призменная прочность Rb = 28.5 МПа; арматура : 08 класса А-Шв - предел текучести Csy = 540.4 МПа, временное сопротивление оу, = 677.2 МПа; 05 класса Вр-1 -о№= 573.2 МПа.

При осуществлении предварительного напряжения была зафиксирована двухстадийность роста деформаций сжатия бетона (рис.4). Например, в балках серии IV (FP = 3 кН ) деформации сжатия в бетоне составили Еь ~ 10.9 ■ 10 5 в момент фиксации положения напрягаемой армату-

л 15 £.40=

Рие.4. Деформации в бетоне при оттягивании и фиксации положения напрягаемой арматуры

1-при оттягивании - ЗткН; 2- при фиксации Р> = 3 кН; 3 - при оттягивании ^ = 1,5 кН; 4'- при фиксации 1^=1,5кН

10

5

1о

Р>.*Н

Рис.5. Зависимость нагрузки третинообрэзования он усилия предварительного обжатия-оттягивающей поперечной нагрузки Гр

50 О

ЛООО

т.

Рис.б. Эпюры прогибов балок серии 4 поп. нагрузкой (оттягивающая нагрузка ГР = 1,Ь кН)

I, 2, 3, 4, 5

ступени нагружения, соответствующие эпюрам прогибов

ры и еь = 17.2 • 10 3 после снятия нагрузки. С помощью цепочки тензояат-чиков, наклеенных на боковую поверхность балок в зоне анкеровки напрягаемой арматуры на ее уровне, было подтверждено, что протяженность участка передачи обжатия соответствует 100... 150 мм. Потери напряжений от ползучести и усадки бетона в балках серии VI составили 19.8 МПа, что ниже нормируемого значения.

Образцы серий {...V испытывались на изгиб как балки пролетом 1м, загруженные двумя силами в третях пролета. Образцы без предварительного напряжения серии I и предлагаемые элементы проходили 3 стадии работы : до появления трещин, когда величины прогибов малы; после появления трещин с существенно большим ростом прогибов и разрушение, сопровождающееся незатухающим значительным ростом прогибов. Эксперименты показали, что локальное предварительное напряжение существенно повышает трещиностойкосгь и жесткость конструкции. Так, нагрузка трещннообразования возросла в 3 раза (рис.5), величины прогибов при одинаковой нагрузке после появления трещин у предлагаемых элементов были в 2.5-3 раза меньшими. При больших коэффициентах армирования эффект может быть существенно выше. Несущая способность образцов всех серий была примерно одинаковой. Характер разрушения всех испытанных образцов также был одинаков : раздробление сжатой зоны бетона, появление лещадок, чему предшествовала текучесть арматуры. Существенно отличался .характер эпюр прогибов.Если у балок серии I они имели плавное очертание с максимальным значением прогибов в середине пролета, то у элементов шпренгельного типа четко прослеживалось 2 пиковых значения прогибов примерно в третях пролета (рис. 6), а в средней части эпюры отмечалась вогнутость, что объясняется подкрепляющим влиянием шпренгельной части. Данный вывод подтверждается тем. что после наступления текучести арматуры, когда эффективность шпренгельного подкрепления падала, имела место тенденция резкого сглаживания эпюры прогибов. Зачеканка паза раствором на работу конструкции существенного влияния не оказала.

Проведенное сопоставление экспериментально полученных данных с результатами расчета по разработанной методике выявило их приемле-

мое для инженерных расчетов соответствие, максимальное отклонение составило 10.3%.

Пятая глава посвящена вопросам внедрения результатов работы. Определены и экономически обоснованы рациональные области применения разработанных элементов шпренгельного типа и сборно-монолитных перекрытий на их основе, приведены данные о созданном в цехе № 3 АО "Харьковский ДСК-1" специальном участке, который освоил выпуск разработанных локально предварительно напряженных конструкций и других элементов предлагаемых сборно-монолитных перекрытий пролетами до 12 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Создана конструкция сборно-монолитного железобетонного элемента со смешанным армированием, локально предварительно напряженного поперечной нагрузкой без использования электроэнергии, сложной оснастки и оборудования, что обеспечивает технологическую простоту ее изготовления. Дополнительное обжатие осуществляется автоматически в процессе монтажа и эксплуатации благодаря рациональной шпрен-гельной статической схеме работы конструкции.

2. Предложены эффективные конструктивные решения сборно-монолитных перекрытий на основе применения локально предварительно напряженных главных балок, мелкоштучных сборных прогонов с подрезками на концах и пустотных блоков - вкладышей. Они открывают возможность устройства перекрытий пролетом до 12м без использования опалубки, монтажных кранов и транспортных средств большой грузоподъемности. При этом существенно снижается материалоемкость и расширяются архитектурно-планировочные возможности совершенствования зданий и сооружений различного функционального назначения.

3. Разработаны технологические принципы осуществления локального предварительного напряжения конструкций, пути защиты напрягаемой арматуры от воздействий среды н обеспечения работы конструкции по заданной статической схеме.

4. Разработана методика расчетного определения величины поперечной нагрузки, необходимой для создания требуемого предварительно-

го натяжения арматуры. Данная методика позволяет определять положение напрягаемой арматуры после натяжения и соответственно формировать внутреннюю конфигурацию локально предварительно напряженного элемента.

5. Предложены схемы двухэтапного локального обжатия последовательным натяжением арматуры в горизонтальной и вертикальной плоскостях. разработана методика определения параметров натяжения. Экспериментально установлено, что предложенные двухзтапные схемы обжатия существенно повышают эффективность работы конструкций. В проведенных опытах величина стрелки провиса при достижении одного и того же значения усилия в арматуре в случае двухэтапного натяжения была в 1.4 раза меньшей, чем при одноотапном.

6. Получены зависимости для определения усилий в элементах предлагаемой конструкции шпренгельного типа, учитывающие нелинейность деформирования бетона, арматуры, наличие трещин в сборной части, т.е. позволяющие выявлять характер перераспределения усилий в системе при различных уровнях нагружения.

7. Построена методика и программа для ПЭВМ оценки напряженно-деформированного состояния конструкции и наступления предельных состояний I и II групп, основанная на сочетании метода последовательных. нагружений и итерационного процесса уточнения как значений напряжений, так и деформированной схемы на каждом шаге указанного процесса. Определены приемы обеспечения сходимости процесса последовательных приближений и заданной степени точности получаемых результатов.

8. Экспериментально установлен характер деформирования конструкции при осуществлении локального предварительного напряжения, которое разделяется на две стации : внеценпренное обжатие и выгиб. Величины дополнительных деформаций сжатия в бетоне вследствие выгиба в выполненных, исследованиях составили 0.4...0.6 от значений деформаций, зафиксированных на стадии внецентренного обжатия. Получены закономерности распределения деформаций в напрягаемой и ненапрягае-мой частях конструкции.

9. Проведенные экспериментальные исследования показали, что локальное предварительное напряжение существенно повышает трещино-стойкость и жесткость изгибаемого элемента : при примененном сравнительно небольшом коэффициенте армирования величина нагрузки трещи-нообразования благодаря локальному обжатию возросла в 3 раза, значения прогибов в эксплуатационной стадии уменьшились в 2.5...3 раза. Полученные эпюры прогибов отражают влияние шпренгельного подкрепления: в середине длины элемента, где осуществлялось подкрепление , они были меньше, чем под силами в третях пролета.

10. Сопоставление экспериментально полученных данных с результатами расчета по разработанной методике показало, что отклонения не превышают 10.3% и она может быть рекомендована к применению при проектировании конструкций данного типа.

11. Локально предварительно напряженные элементы и сборно-монолитные перекрытия на их основе внедрены АО "Харьковский ДСК-1", где освоен их серийный выпуск дня объектов различного функционального назначения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах ;

1. Лаххам X. Рациональные схемы локального предварительного напряжения I/ Материалы конф. Повышение эффективности строитель-ства.-Харьков: Изд.НПП, 1994.-С. 53.

2. Шагин А.Л., Лаххам X., Теволде Алемброк Чанйалеу. Распределение усилий в железобетонных балках с локальным предварительным напряжением // Материалы конф. Повышение эффективности строитель-ства.-Харьков: Изд. НПП, 1994.-С. 62.

ЗЛаххам X., Рифаи М., Салия Г.Ш. Рациональные схемы локального предварительного напряжения изгибаемых элементов // Материалы конф. Совершенствование строительных материалов, технологий и методов расчета конструкций в новых экономических условиях.-Сумы: МПП Мрня, 1994.-С. 69-70.

4. Лаххам X., Салия Г.Ш., Спиранде К.В. Предварительно напряженные элементы с шпренгельным подкреплением // Материалы конф.

Совершенствование строительных материалов, технологии и методов расчета конструкций в новых экономических условиях .-Сумы : МПП Мрия, 1994.-С, 196-197.

5. Шагин АЛ., Лаххам X.. Большепролетные железобетонные перекрытия со смешанным армированием // Бюллетень технической инфор-мации.-Харьков: ХП(НИ)И, 1994.- № 2.-С.28-29.

6. Шагин АЛ., Рифаи М., Лаххам X. Предварительно напряженные конструкции с локальным напряжением в построечных условиях // Бюллетень технической информации.-Харьков:ХП(НИ)И, 1994.- № 2.-С. 26-28.

7. Шагии АЛ., Лаххам X., Рифаи М., С алия Г.Ш. Сборно-монолитные плоские перекрытия увеличенных пролетов II Бюллетень технической информации .- Харьков: ХП(НИ)И, 1994 .-№3.-С. 14-16.

8. Шагин А.Л.. Спиранде К.В., Лаххам X. Выбор уровня локального предварительного напряжения в сборно-монолитных конструкциях // Бюллетень технической информации .-Харьков ХП(НИ)И, 1995.- № 2.-С. 16-20.

9. Шагин А., Лаххам X. Двухэтапное локальное предварительное напряжение железобетонных изгибаемых элементов // Бюллетень технической информации.-Харьков:ХП(НИ)й, 1995.-Xo3.-C. 13-16.

АННОТАЦИЯ

Мо.хаммед Хишам Аль Хадж Махмуд Аль-Лаххам. Локально предварительно напряженные изгибаемые элементы шпренгельного типа.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. Харьковская государственная академия железнодорожного транспорта. Харьков, 1996.

В диссертации предложены и исследованы локально предварительно напряженные изгибаемые элементы шпренгельного типа, определены принципы формирования сборно-монолитных перекрытий и покрытий на основе их применения в сочетании с мелкоштучными элементами, разработаны рациональные схемы и .методика определения параметров одно- и двухэтапного натяжения арматуры.

Экспериментально изучены закономерности работы элементов

шпренгельного типа при локальном обжатии и действии статических нагрузок, оценены потери напряжений.

Разработана методика расчета локально предварительно напряженных элементов шпренгельного типа с учетом физической нелинейности и деформированной схемы.

Предложенные конструкции внедрены в АО "Харьковский ДСК-1".

Ключевые слова : локальное обжатие, шпренгель, передаточная прочность, напрягаемая арматура, трещиносгойкость, деформативность.

Mohammed Hisham El-Haj Mohmoud El-Lahham. Locally prestressed bented elements of shprengle type.

Thesis for a scientific degree. Speciality 05.23.01 - building constructions, buildings and constructions. Kharkov State Academy Transport. Kharkov, 1996.

In the thesis locally prestressed bented elements of shprengle type are presented. Principles of the formation of precast monolythic floors with small-piece elements are defined. Rational schemes and methods of defining the paramétrés of single or two steps tension of reinforcement are elaborated.

Regularity of shprengle type elements under local pressing and static loads are experimentally studied. Lusses of stress are estimated.

Methods of calculation of locally prestressed elements of shprengle type taking into account physical uniinality and deformed schemes are worked out.

Suggested constructions are inculcated into AO "Kharkov-DSK-1".

Active volubulaTy: local pressing, shprengle, transmitted strength, stressed reinforcement, crack stability, deformability.

ABSTRACT