автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние и прочность элементов железобетонных рамных каркасов с высокопрочной стержневой арматурой многоэтажных зданий при нагрузках типа сейсмических

0 9;1|;

ГОССТРОЙ СССР ОРЩЖ ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНА15ЕНЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НЛУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬС КИЙ И ПРОЕКТНО-ЗКСПЕтаЕНТАдЬНЫВ ИНСТИТУТ КОМПЛЕКСНЫХ ПРОШУ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ им.В.А.КУЧЕРЕНКО (ЩШСК ш.В.А.ОТЕРЕНКО)

На правах рукописи КУШАНОВ Аскар Каратаевич

*

УДК 624.012Л5.042.7(043.3)

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ. РАМНЫХ КАРКАСОВ С ЕЫСОКО-■ ПРОЧНОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРОЙ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ БЕИ НАГРУЗКАХ ТИПА. СЕЙСМИЧЕСКИХ

05.23.0Г - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ыосква - 1991

' - - /

Работа выполнена б ордена Трудового Красного Знамени Центральном ваучно-исследоЕательскоы и проекгно-экспериыентальном институте комплексных проблем строительных конструкций и сооружений (ЦНИИСК им.Кучеренко).

НА.УЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук

Ю. С.КУЛЫГКН

«

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук,профессор

А..С.ЗШС0В ' кандидат технических наук . Б.А.КИРИКОВ

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ - Казахский научно-исследовательский

институт сейсмостойкого строительства и архитектуры

•/В- X/ 1991г. в'"

заседании специализированного совета Д 033.04.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени Доктора технических наук при ордеш Трудового Красного Знаыейи Центральном научно-иссле-довагельском и цроектно-экспериментальном институте комплексных проблем строительных конструкций и сооружений иы.В.А.Кучеренко Госстроя СССР по специальности 05.23.01 "Огроительные конструкции,здания и сооружения по адресу: 109428, г.Москва, 2-я Институтская ул. д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИСК иы.Ку-чвренко.

Автореферат разослан "/3" ^ 1991г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук С.А.ВОРОБЬЕВА

Зо

Защита состоится- " 1 Л! 1991г. в часов на

1 Актуальность темы. Директивные документы Совета Министров -СССР, ориентированные на блияайшее десятилетие, предусматривают наряду, с применением в строительстве новых видов материалов и изделий, эффективных железобетонных конструкций вз высокопрочных и легких бетонов, внедрение конструкций с использованием новых видов арматурных сталей.

В этой связи расширение области применения железобетонных конструкций с эффективными видами стержневой арматуры, каковой является терм (механически -упрочненная арматура класса Ат-1УС, имеющая отработанную надежную технологии производства при соответствующей конструктивной прочности, свариваемости, коррозионной стойкости и дающая значительный экономический эффект, является весьма актуальной задачей.

НИ'ЛКБ Госстроя СССР разработаны "Рекомендации по применению в железобетонных конструкциях эффективных видов стержневой арматуры". в том числе и арматурной стали класса Ат-1УС, которые предназначены для проектирования конструкции, применяемых в несейсмических районах. -

Мекду тем обширнее районы нашей страны являются сейсмоактивными и составляют около четверти всей ее территории. Здесь зедет-ся массовое строительство жилых, общественных и производственных . зданий с широким использованием нелез обе тонных конструкций.

Известны выполненные комплексы экспериментальных исследований прочности железобетонных колонн по нормальным и наклонным сечениям,-армированных арматурной сталью класса А-Ш, при-воздействии знакопеременных иалоциклозых нагрузок типа сейсмических, на основании которых разработаны методы расчета, отрясающие особенности работы колонн при таких воздействиях.

В настоящее вреня существует ряд предложений по оценке прсч-

ности железобетонных элементов го нормальным сечениям с арматурой класса А-Ш при действии сейсмических нагрузок. Применение в практике строительства железобетонных элементов каркасных зданий, армированных стержневой арматурой повышенной прочности класса Ат-1УС, сдерживается из-за отсутствия опытных данных об их прочности и де-формагивности, а также сведений о поведении таких конструкций при сильных землетрясениях.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование прочности по нормальный сечениям и деформаций элементов железобетонных каркасов многоэтажных зданий,-с высокопрочной стержневой арматурой класса АТ-1УС при действии малоцикловых.динамических нагрузок типа сейсмических и разработка на этой основе методов расчета и конструирования таких элементов.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния и прочности по нормальным сечениям и деформаций (прогибов) железобетонных элементов каркасов с арматурой повышенной прочности класса Ат-ГУС при" действии односторонних статических и знакопеременных малоцикловых динамических нагрузок;

- методику расчета прочности железобетонных колонн по нормальным сечениям при совместном действии знакопеременной малоцик-. ловой поперечной нагрузки и постоянной продольной сжимающей силы;

- предложения по назначению граничной относительной высоты сжатой зоны для железобетонных элементов, проектируемых для сейсмических районоз;

- предложения по ограничению процента продольного армирования в колоннах каркасов многоэтажных зданий.

Научную нозизну работы составляют:

- экспериментальные исследования, проведенные на крупноразмерных образцах, огражаюэде реальные условия работы колонн и ри-

гелей каркасных зданий при сейсмических нагрузках;

- экспериментальные данные о возможности работы нелезобетон-ных элементов, армированных высокопрочной сгальп класса Ат-1УС, при знакопеременных нагрузках, превышающих величину нагрузок, соответствующих деформаций текучести в продольной растянутой арматуре;

- опытные данные, показывающие нецелесообразность применения колонн с высоким процентом продольного армирования (более подвергающихся действию знакопеременных динамических нагрузок высокого уровня;

- предложения по назначению граничного значения относительной высоты сжатой зоны бетона , обеспечивающего полное ис-

■ - \ ■ - « пользование прочностных характеристик конструкций при знакопеременном характере воздействия и исключающего хрупкий характер раз-, рушения колонны;

- методика расчета прочности железобетонных колонн понор-: мальным сечениям при совместном действии знакопеременной попереч- . ной и постоянной сжимающей нагрузок с учетом степени развития неупругих деформаций в арматуре и накопления ловрендений в бетоне;

- предложения по дифференцированному назначению коэффициента условия работы Ш^ з зависимости от вида напряженно-деформированного состояния и процента продольного армирования железобетонных элементов.

Практическое значение работы заключается в том, что проведены комплекс исследований прочности, образования и развития трещин и деформаций (прогибов) элементов железобетонных каркасов с арматурой класса Ат-1УС при действии нагрузок типа сейсмических, что позволило экспериментально обосновать возможность применения арматуры указанного класса в железобетонных каркасах зданий и сооруже-яий для сейсмических районов.

- ^ -

На основании этих исследований была разработана методика расчета прочности по нориагьным сечениям элементов железобетонных каркасов с указанным видом арматуры при действии сейсмических нагрузок и разработаны рекомендации по конструированию этих элементов.

Внедрение работы в практику сейсмостойкого строительства даст значительную экономию арматурной стали (до 30%) и приведет к существенному снижению стоимости указанных конструкций.

Результаты работы приняты к использованию ЦНИИСК им.Кучеренко при составлении новой редакции СНиП П-7-81.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на техническом совещании отдела теории сейсмостойкости сооружений ЦНИйСК, а также на научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИСК им.Кучеренко ("Экспериментальные и теоретические исследования строительных конструкций", г.Москва, 1990 г.).

Основное содержание диссертационной работы изложено в даух печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 131 наименования. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц и 48 рисунков.

Исследования, включенные з диссертацию, выполнены автором в отделе теории сейсмостойкости сооружений ЦНИССК им.Кучеренко согласно плану КИР Госстроя СССР под руководством кандидата технических наук Ю.С.Кулыгина.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В последние годы как в нашей стране, так и за рубехои проведено значительное количество исследование в области сейсмостойкости железобетонных зданий и сооружений по изучению прочностных и дефорыахивных свойств хелезобетонных конструкций, подверженных сейсмическим воздействиям.

Анализ повреждений и разрушений железобетонных каркасных зданий при сильных землетрясениях показывает, что значительные повреждения или полное разрушение каркасные здания получали в основном из-за повреждения и разрушения элементов каркаса, преимущественно колонн.

Наибольший внлад в изучение прочности и деформаций несущих железобетонных конструкций, в том числе элементов каркаса при воздействии нагрузок типа сейсмических внесли в наией стране: Я.М.Айзенберг, М.У.Ашшбаев; Г.Н.Ашкинадзе, И.З.Бацанадзе,И.К.Белобров, Ю.Д.Быченков, А.А.Беспаев, А.К.Ботабеков, А.П.Еасильев, А.А.Гвоздев, Б.А.Городецкий, Б.Е.Денисов, Б.Т.Еримбетов, Т.Е.Еуну-сов, А.М.Жаров, К.С.Завриев, А.С.Залесов, Л.Ш.Килиыник, Н.Л.Кор-чинский, Ю.С.Кулыгин, С.Б.Поляков, Г.И.Попов, Б.А.Ржевский, Н.Н.Складнев, Ы.Р.Уразиманов, А.В.Черкашин, В.З.Шевляков и др.За рубежом - Х.Аояма, Д.Дзшрса, А.йкеда, Х.Лугурума, Н.Ньшарк, Е.Попов, М.Соузен, У.Ганака, Дк.Уайг, Т.Хисада и др.

Однако работа изгибаемых и внецентренно-схатнх гелезобетон-ных элементов, армированных высокопрочной сталью Ат-1УС, при действии нагрузок типа сейсмических практически не изучалась.

Специальные ке исследования при таком воздействии проводились для келезобетонных колонн с применением арматуры класса А-Ш. .

В связи с излояеяньш целью настоящей работы явилось исследование напряженко-деформированного состояния и прочности по нор-

мальным сечениям элементов железобетонных каркасов зданий с арматурой Ат-ПС при малоцикловом знакопеременном действии поперечной нагрузки и разработке на этой основе методов расчета и конструирования таких элементов. При этом были поставлены следующие задачи:

1. Получить экспериментальные данные о прочности, трецинооб-разовании я депортациях железобетонных колонн с ариатурой Ат-1УС при действии иалоцикловых динамических поперечных нагрузках типа сейсмических и установить механизм разрушения в зависимости от следующих факторов:

- процента армирования продольной арматурой поперечных сечений р с учетом пластических свойств стали;

- относительной величины нормальной сжимающей силы - , ;

л<* К8 6 Ьо

- зеличикы знакопеременной поперечной силы и .

2. Разработать методику расчета прочности по нормальным сечениям изгибаемых и внецентренно-сжатых железобетонных элементов с арматурой Ат-1УС на действие нагрузок типа сейсмических;

3. Установить экспериментально обоснованные значения коэффициента условий работы IV кр для железобетонных изгибаемых и _ внецентренно-сжатых элементов каркасов с вышеупомянутой арматурой.

Разработать рекомендации по конструированию колонн и ригелей железобетонных каркасных зданий1 с арматурой Ат-1УС для сейсмических районов с учетом обеспечения их прочности по нормальным сечениям.

Программой экспериментальных исследований было предусмотрено изготовление и испытание 29 опытных образцов-колонн, разделенных на три серии.

Бее серии нелеэобетонных образцов-колонн были изготовлены с симметричным армированием - по два стер&ня в растянутой и сжатой зонах из арматуры класса Ат-1УС. При это;г образцы первой серии бы-

- ? -

ли армированы четырьмя продольными стержнями диаметром 25 км, а образцы второй-и третьей серий - соответственно стержнями диаметром 16 и 12 мм. Общий процент продольного армирования образцов составил 4,62; 1,85 и 1,03 соответственно для первой, второй и третьей серий. Поперечное армирование образцов трех серий выполнено в виде вязаных хомутов из арматуры класса А-1 с шагом 75 мм. Диаметр хомутов для образцов первой серии был принят 10 мм, а для образцов второй к третьей серий - 8 мы. Размеры поперечного сечения образцов-колонн всех серий были 20x25 см, их высота - 105 см. Они были изготовлены из бетона класса В40 ... 45.

Экспериментальные исследования проводились на образцах в виде консольных стоек, защемленных с помощью массивных опор в специальной силовой установке. Образцы нагружали постоянно действующей продольной сжимающей силой и горизонтальной (поперечной) силой, приложенной у свободного края консоли на расстоянии, равном 4 К, от опоры. Такая схема загружения в сочетании с усиленным поперечным армированием позволила изучить поведение железобетонных элементов при разрушении их по нормальным сечениям от совместного действия продольной смаащей силы, поперечной силы и изгибающих юментов. При этом соотношение между величинами поперечной и продольной сил выбиралось таким образом, чтобы отразить действительно напряженно-деформированное состояние колонн каркасных зданий 1ри сейсмических нагрузках.

По характеру воздействия поперечной нагрузки образцы каждой :ерии были разделены на две группы. Первая группа включала образцу испытанные на одностороннею статическую горизонтальную нагруз-гу, вторая группа - образцы, испытанные на знакопеременную гори-юктальнуюпульсирующую нагрузку.

Испытания образцов пергой группы на одностороннюю статическую оризонтальнув нагрузку проводились при трех значениях постоянно

действующей продольной сникающей силы, равных N = О, N = 0,2 R6 6 h„ = 400 кК, N = 0,4 Rj 6 h. = 800 кН.

Испытание образцов пеовой группы какдо:'. серии позволило вы-

N

яснить влияние урови продольной сжимающей силы на проч-

oh.

я ость и деформации колонн с одинаковым количеством продольной арматуры при односторонней статической действии поперечных сил. При этой позволили получить исходные данные о статической прочности образцов, принятых в качестве эталонных, относительно которых оценивалось влияние на прочность и деформации знакопеременного повторного нагрукення.

Испытания образцов второй группы какдой из серий I-Ш проводились при коэффициенте асимметрии цикла -I и частоте пульсации около 0,5 Гц. Испытания образцов второй группы трех серий дали возможность оценить влияние уровня продольной сжимающей силы на несущую способность и дедгаркации железобетонных колонн по нормальный сечениям при действии знакопеременной малоцикловой поперечной нагрузки. На каждой уровне продольной сживающей силы N=0;

N = 0,2 i?s 5 h„ = wo кН и N= 0,4 Rj i h„ = 800 кН из каждой серии было испытано по два одинаковых образца.

Уровни горизонтальной знакопеременной динамической нагрузки, как и в ранее выполненных исследованиях, принимались такими, чтобы образец разрушался при количестве ^циклов близкой к п.* 50.

Для образцов, испытанных на горизонтальную нагрузку при N=0 и 400 кН, относительная высота сжатой зоны % бала приблигенно равна 50/5 от величины граничной относительной высоты сжатой зоны

(т.е. 4 0,5 Для образцов, испытанных на горизон- " тальнув нагрузку при N = 800 кй, имело место условию $ — .

Сравнение результатов испытания образцов второй группы серий I-Ш позволило оценить влияние процента продольного армирования на яесуадю способность образцов при действия знакопеременных йоЕтор-

ных нагрузок.

Сравнение результатов испытания образцов первой и второй групп трех серий дало возмокность оценить несущую способность железобетонных колонн при действии знакопеременных иалоцикловых нагрузок в зависимости от уровня продольной сжимающей силы и процента продольного армирования.

Испытания железобетонных колонн на одностороннее статическое и пульсирующее знакопеременное загружение производили на одном и том же силовом стенде для повышения надежности сравнения результатов. Силовой стенд состоит из замкнутой рамы, жестко закрепленной в силовой пол. Поперечная нагрузка создавалась горизонтально противоположно друг другу расположенными 60-тонными пульсирующими домкратами фирмы "Ьо5епЬаЦ5еп подключенными к'пульсатору

ЭВЕ) позволяющим создавать нагрузку как в статическом, так и в пульсационном режимах. Продольная сжимающая нагрузка создавалась 100-тонным статическим домкратом марки ДС-100 и передавалась на образец с помощью специальных само центрирующих стальных тяг.

Анализ результатов экспериментальных исследований прочности железобетонных колонн при одностороннем статическом нагружении показал, что величина продольного обжатия оказывает существенное влияние на величину усилий, соответствующих появлении в растянутой арматуре напряжений текучести - и разрешающих усилий.При этом напряжения сжатой зоны бетона также зависили от величины продольной сжимающей силы. При одинаковых уровнях нагружения образцов поперечной нагрузкой напряжения в бетоне сжатой зоны возрастали с увеличением уровня продольной сжимающей силы.

Для образцов, испытанных при отсутствии продольной сжимающей силы, максимальное превышение (до 45%) установлено у образцов с наименьшим количеством продольной арматуры ( ^ = 1,03%). В образцах первой и второй серии (1,85 £ «.'б 4-,62^), при отсутствии

продольной сжимающей силы, влияние количества продольной арматуры на величину превышения было небольшим и в среднем составило 30$.

Для образцов, испытанных при Н= 0,4 € Ь„ = 800 кй, пре-выиение опытных разрушающих усилий над усилиями, соответствующими появлению деформаций текучести, в продольной растянутой арматуре отсутствует.

Перед разрушением образцов-колонн степень развития деформаций в продольной растянутой арматуре зависела от уровня обжатия продольной нагрузкой. Для образцов, испытанных при' Н = 0 и N = 0,2 ^бЬ» = 400 кН, т.е. удовлетворяющих условию $ 4 0,5 , после проявления деформации текучести наблюдалась работа продольной арматуры в зоне саыоупрочнения.

Средние значения деформаций продольной растянутой арматуры в местах раскрытия нормальных трещин на базе измерения I = 150мм перед разрушением образцов составила 3... что соответствовало напряжению <5; = = (0,82... 0,95) 0"и . В образцах, ис-

пытанных при N = ОЛ 6 Ьв = 800 кБ, удовлетворяющих условию , напряжения в продольной растянутой арматуре перед разрушением достигали предела текучести .

Ва основании полученных экспериментальных данных изменение величины напряжения в продольной растянутой арматуре перед разрушением образцов, в зависимости от .уровня обжатия продольной силой можно выразить следующей формулой:

где £ =1,15 для арматуры класса Аг-1УС;

£ - относительная высота сжатой зоны бетона, удовлетворяющая условию ? ^ "

Оценку опытной прочности железобетонных колонн, симметрично армированных сталью класса А.Т-1УС и удовлетворяющих условию

Iß < , при одностороннем статическом действии поперечных нагрузок возможно производить с учетом работы продольной растянутой арматуры при напряжениях, превышающих величину предела текучести. При этом повышение напряжения учитывается введением к сопротивле-

«I

нию арматуры коэффициента ' . Величина усилия, соответствующая предельной несущей способности железобетонных колонн по нормальным сечениям, определяется почйормуле:

[м] = ^¿хц(ь„-0,5хи) * /?sX(h.-a'), (2) ■

где cctt- высота сжатой зоны бетона, определяемая из условия равновесия в предположении, что напряжения в растянутой арматуре при разрушении элемента составляют Jx^s • Результаты расчетов опытной несущей способности железобетонных элементов, полученные с использованием методики СНиП 2.03.01--84х с учетом работы арматуры в .зоне самоупрочнения при помощи

оа

коэффициента Jit , дают достаточно хорошее совпадение с опытными данными.

Превышение несущей способности образцов-колонн, определенной по предложенной методике, над определенными по методике СНиП 2.03.0I-84S (в предположении, что напряжения в продольной растянутой арматуре при разрушении элемента достигают ), составило в среднем I5/S для изгибаемых элементов трех серий, имевших процент продольного армирования 1,03... 4,62%. У образцов-колонн при N = 0,2 Rg6h, = 400 кН, удовлетворяющих условию $¿0,5 , указанное превышение составило до 15$ в зависимости от процента продольного армирования. При высоком уровне обжатия ( N= 0,4 R{ 6 h. = 800 кН), для образцов-колонн удовлетворяющих условию . значения опытных разрушающих усилий совпадали с

найденными (по методике СНиП 2.03.01- 84х).

/

Несущая способность железобетонных колонн второй группы, ис-

пытанных на знакопеременную поперечную нагрузку зависела как от уровня обжатия образцов продольной силой, так и от количества продольной арматуры образцов.

Испытания железобетонных образцов второй группы на знакопеременную малоцикловую горизонтальную нагрузку при одинаковых уровнях обжатия продольной силой показало снижение уровня знакопеременной

нагрузки, воспринимаемой образцом. Для образцов-колонн с уровнем

N

обжатия продольной силы п ,, = 0,2 = 4-00 кН и в ее отсутствии

К{ 6 п.

N = О выявлена возможность работы образцов при уровнях со знакопеременной поперечной нагрузки, превышающих величину нагрузки,соответствующую появлению деформации текучести в продольной растяну-

м

той арматуре. При уровне обжатия продольной силы п " ■ = 0,4 =

о Ь.

= 800 кН величина знакопеременной циклической нагрузки, соответствующая расчетному числу циклов (Мв 50), была на 10% ниже упомянутой величины.

Длина зоны развития нормальных и наклонных трещин образцов.

от знакопеременного ыалоциклового действия нагрузки зависела от

уровня продольной сжимающей силы ■ п ^ . ■. При N = 0 зона раз-

К{ о п.

вития трещин была максимальной 3,3п.- - С увеличением продольной сжимающей силы ( N = 0,4 6 к = 800 кН) зона развития трещин составила примерно 2Ь. .

Максимальная длина зоны повреждения опорной части образца наблюдалась у образцов с высоким уровнем продольного обжатия ' ( N = 0,4 6 К. = 800 кН) и зависела от количества продольной арматуры. Длина зоны повреждений с увеличением уь увеличивалась и-изменялась в пределах (0,9-1,2)11.

Ограничение уровня обжатия железобетонных колонн, армирован -

N

ных сталью класса Ат-1УС, величиной ■ ■ 4 0,28 дает возможно И,

ность использовать резервы несущей способности, связанные с работой арматуры при напряжениях превышающих предел текучести

(б^6"*) для образцов, подвергнутых знакопеременному повторному воздействию с процентом продольною армирования ^ 4 При у- > 4$ такой характер воздействия не дает возможность использовать резервы несущей способности, связанные с работой арматуры в пластической стадии, что приводит к неоправданному расходу арматуры.

На основании результатов опыта установлена величина граничной высоты сяатой зоны при знакопеременном лалоцикловом нагруке-яии , которая составляет в среднем 70% от величины ,

т.е. = 0,7 Чг •

В работе установлено, что расчетную оценку прочности по нормальным сечениям железобетонных элементов следует производить с учетом особенностей работы арматуры и бетона при действии знакопеременной поперечной нагрузки, т.е. с учетом накопления повреждений в бетоне от знакопеременного характера нагружения и уровня напряжения в растянутой арматуре, который соответствует полному исчерпанию несущей способности.

Анализ характера повреждений бетона при действии знакопеременной малоцикловой поперечной нагрузки высокого уровня и продольной сжимающей силы разных уровней позволил установить следующие предпосылки для расчета прочности железобетонных элементов по нормальным сечениям на действие нагрузок типа сейсмических.

Для железобетонных элементов, удовлетворявших условию

снижение несущей способности бетона, вызванное знакопеременным малоцикловьш характером сейсмического воздействия, незначительно и расчетное сопротивление бетона в этом случае можно принять равным .

Снижение прочности бетона железобетонных элементов вследствие действия знакопеременной нагрузки высокого уровня,следует учитывать для элементов удовлетворяющих условию £ > • В

этом случае напрягекий в бетоне при разрушении элемента принима-

^ - ^ о»

ется равным У6 Р,, где /{ = "гН ^ * - 'Уровень напряжений в бетоне? соответствующий разрушающей знакопеременной повторной нагрузке.

Напряжения в арматуре, соответствующее разрушающей знакопеременной малоцикловой нагрузке, можно выразить следующей формулой

в ^ » (3)

где коэффициент условия работы арматуры, величина которо-

го определялась на основании опытных данных с учетом того, что при ■<* = ¡^ величина этого коэффициента принимает значение, равное единице, т.е. в предположении, что при ^ = напряже-

ние в продольной растянутой арматуре составляет . г

Коэффициент определяется по формуле

где 1^= 1,1 для арматуры класса Ат-1УС.

Следует отметить, что формула (4) принята на основе опытных данных в интервале изменения относительной высоты сжатой зоны образцов ^ < ^, .

При § несущая способность железобетонных элементов

при знакопеременном повторном воздействии определяется при напря-

о|

нениях в продольной растянутой арматуре , т.е. введением

к значению предела текучести растянутой арматуры коэффициента

> I. Напряжения ъ бетоне, в этом случае, принимаются равными величине призменяой прочности. -

Несущая способность железобетонных элементов при действии знакопеременной малоцикловой нагрузки, удовлетворяющих условию

^ > ..определяется с учетом накопления повреждений в бетоне сжатой зоны. При этом ^ в интервале изменения учитывает снижение напряжения в арматуре, соответствующее разру-

шакщей знакопеременной повторной нагрузке, по сравнению с величине- /

юй предела текучести Ц , т.е. ^ < I.

На основании опытных данных предложена зависимость определе-шя коэффициента ^ , характеризующий снижение прочности бето-:а вследствие знакопеременного повторного действия поперечной на-'рузки

Зависимость (5) получена в предположении, что при ¡еличина напряжения в бетоне при разрушении принимается равной ¡еличине призменкой прочности ^ , а при напряже-

[ие равно пределу малоцикловой прочности бетона ^ = 0,85

Снижение прочности бетона, знзванное накоплением поврежде-[ий, и пониженная величина напряжения в растянутой арматуре, ыень-1ая чей , приводят к снижению несущей способности желззобетон-[ых элементов, удовлетворяющих условию •

В диссертации предложено условие прочности железобетонных лементов с прямоугольным сечением, подвергающихся знакоперененно-у малоцикловому воздействию поперечной нагрузки, с использованием писанных выше предложений об учете условий работы арматуры с по-ощью коэффициента и накопления повреждений в бетоне с по-

ощьго коэффициента ^

[М]"< , (б)

л

де - коэффициент условия работы бетона при знакопеременном

;инамическом воздействии поперечной нагрузки, зависящий' от уровня апряженно-дефоршфованного состояния элемента, характеризуемого тношением £ / и определяемый по формуле (5). Высота сжатой они бетона а;« определяется из условия равновесия в предполо-ении, что напряжения в продольной растянутой арматуре равны . ^ , а в бетоне - ^ -

- 16 -

При этом высота сжатой зоны бетона выракается формулой

-и т

• Б формуле (7) при ЗС* > 2 = £ к, вместо прини-

мается величина высозы сжатой зоны, равная X, . При сс^сс = £>к принимается а¿= X .

На основе опытных данных оценка влияния знакопеременных малоцикловых нагрукений на прочность железобетонных элементов может также производиться^ помощь» обобщенного коэффициента условия работы П, зависящего от вида напряженно-деформированного состояния, количества (процента) продольного армирования, а для вне-центренно сжатых элементов и от уровня обжатия

[Й]' « Й,6х(Ь„-0,5х)+ А^(Ьа)] . (8)

Для изгибаемых элементов с процентом продольного армирования 1,0355 £ 4 4,62% можно определять значения коэффициента по формуле

ткрЧ,2 -0,07^. , . (9)

которая учитывает повышение несущей способности элементов, подвергающихся знакопеременным иалоцикловым воздействиям, по сравне- , нию со статической несущей способностью, определенной до методике СНиБ 2.03.01-84*' в предположении, что напряжения в продольной растянутой арматуре при разрушении равны 11* .

Для внецентренно-схатых железобетонных элементов с коэффициентом продольного армирования ^ 4 величину Шцр следует определять в зависимости от величины относительной высоты сжатой зоны £ . Для элементов, удовлетворяющих условию ^ 4 0,5 , величина Шнр принимается в зависимости от количества (процента) продольной арматуры и определяется следующей зависимостью

^42-0,035^2^-0,2^. (Ю)

Для элементов с выооким уровнем оСкатия продольной нагрузкой [при условии 0,5 < < ), влияние количества (процента)

тродольной арматуры на коэффициент ГП^ не сказывается и определяется по формуле

Шкр = 1,35'-0,5 ~ . (п)

Для вне центренно-сжатых железобетонных элементов с процентом лродольного армирования, превышающим величина коэффициента принимается независимо от уровня обжатия равной 0,85.

Предложения по расчету прочности го нормальным сечениям железобетонных элементов при действии нагрузок типа сейсмических как с учетом свойств бетона и арматуры при помощи коэффициентов у* и

л

, дифференцированно учитывающих работу бетона и арматуры, гак и при помощи коэффициента условия работы 01^ комплексно учитывающего пластические свойства элемента и характер воздействия, дают практически одинаковые результаты.

ОСНОВНЫЕ вывода

Выполненные исследования элементов железобетонных каркасов с различным процентом содержания продольной рабочей арматуры класса Ат-1УС на однократное статическое и знакопеременное малоцикловое действие поперечных нагрузок при наличии продольных сжимающих сил разного уровня позволили получить необходимые опытные данные для" оценки влияния нагрузки типа сейсмической на прочность указанных элементов по нормальным сечении, а такке .на их деформации и характер разрушения.

I. Получены новые экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии, образовании и развитии трещин, дефорыаци-

ях (прогибах), прочности и механизме разрушения элементов с уломя-

/ ^

нутым видом арматурн. Эти данные сопоставлены с результатами исследований образцов-близнецов с арматурой класса А-Ш.

2. При однократном статическом действии поперечной нагрузки установлено превышение опытной несущей способности симметрично армированных сталью класса Ат-13С железобетонных элементов, удовлетворяющих условию $ < ge над расчетной несущей способностью таких se колонн, определенной по методике СНиП 2.03.0I-8436 в предположении, что напряжения в продольной растянутой арматуре при разруиении элемента составляют S", .

Превышение опытной несущей способности над расчетной связано как с треугольной формой эторы моментов в опытных образцах, так и с работой продольной растянутой арматуры в зоне самоупрочнения при напряжениях , превышающих величину предела текучести . Величина этого превышения зависела от вида напряженно-деформированного состояния и количества'продольной арматуры. Максимальное, значение превышения (до 45%) установлено в элементах с наименьшим из принятых в опытах количеством продольной арматуры (JUS» 0,51%), испытанных при отсутствии продольной сжимающей силы. У элементов испытанных при W - 0, имеющих процент продольного армирования 1,85% 4 jK-. é А-,62%, указанное превышение в зависимости.от количества продольной арматуры образцов*составило 20-40%.

С увеличением уровня обжатия .колонн продольной силой значение этого превышения падало. При уровне обжатия N-0,2 Rj % h. , удовлетворяющим условию é 0,5 £îe , превышение опытной несущей способности над расчетной составило 10-15% и несколько изменялось в зависимости от количества продольной арматуры элементов.

3. В результате экспериментальных исследований установлено изменение несущей способности железобетонных элементов вследствие знакопеременного малоциклового нагружения в зависимости от напря-

£ешо-деформированного состояния элементов. При этом отмечалось как повышение (до 10%)» ?ак и снижение (до 1ОД несущей-способности железобетонных элементов, подвергнутых действию повторных знакопеременных нагрузок, по сравнению с расчетной статической несущей способностью, определенной по методике СНиП 2.03.01-84* в предположении, что напряжения в продольной растянутой арматуре составляют 6", . Повышение несущей способности элементов при действии знакопеременной малоцикловой нагрузки, также как при статическом нагрукении, связано с треугольной формой эпюры моментов и работой продольной арматуры при напряжениях, превышающих величину предела текучести. Максимальное значение превышения (до 10%) установлено в образцах, испытанных при отсутствии продольной сжимающей силы.

Снижение несущей способности, колонн происходило вследствие накопления повреждений в сжатом бетоне при действии повторных знакопеременных нагрузок. Максимальное значение снижения (до 107») наблюдалось у колонн с высоким уровнем обжатия продольной силой ( N - 0,4 6 Ь, ) • Установлен уровен^скинающей продольной силы

( ^ . «0,3), при превышении которого происходит снижение не-1<{ 5 п,

сущей способности железобетонных колонн, подвергнутых действию знакопеременной малоцикловой нагрузки, по сравнению с расчетной статической несущей способностью.

4. В работе предложена методика расчета прочности железобетонных элементов с арматурой класса Ат-1УС по нормальным сечениям, позволяющая учитывать как степень использования несущей способности продольной арматуры, так и накопление повреждений в бетоне вследствие знакопеременного ыалоцикловсго нагружения.

5. Предложена величина коэффициента условия работы ГП^ , комплексно учитывающая особенности работы железобетонных элементов при действии нагрузок типа сейсмических в зависимости от вида

напряженно-деформированного состояния и процента продольного армирования.

6. Установлена величина граничной относительной высоты сжатой зоны , обеспечивающая наиболее полное использование прочности материалов конструкций (бетона и стали) при знакопеременном характере воздействия и исключающая хрупкий характер разрушения элементов.

7. Сделан вывод о необходимости ограничения количества продольной арматуры класса Ат-1УС в колоннах сейсмостойких зданий величиной у- < 4% и уменьшения на приопорных участках колонн максимально допустимого шага конструктивной поперечной арматуры до 80 мм. Эти мероприятия улучшают условия работы продольной арматуры и позволяют использовать резервы несущей способности, связанные с работой арматуры в пластической стадии.

Длину зоны усиленного поперечного армирования следует принимать равной 1,5 h J , как это предусматривается СЙиП П-7-81.

8. Выполненные экспериментальные исследования и расчетные оценки позволяют сделать вывод о возможности -применения арматуры класса Ат-1УС в элементах железобетонных каркасов зданий и сооружений для сейсмических районов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Strength in'Norma С Cross Section of Reinforced Concrete (R.C.) Columns under Seismic Leads./Pofyakov S.V., Kulpin Yu. 1, Erünktov ß.T., Kurmanov A.K. Proceedings of the. Ninth European Conference on Earthquake Engineering. Moskow,- September йЧо,

mO-v.Vi.-P.3{-36.

1 \

2. Курганов A.K. Экспериментальное исследование прочности по

нориальным сечениям железобетонных колонн при действии нагрузок типа сейсмических. Информ.листок Ё 23(1698). -Фрунзе, КыргШШТЙ, 1991.- 3 с.