автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние и прочность фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при поперечном изгибе

\

нижняя грань балки

Рис. 7. Усилия в продольной арматуре

пряжения в арматуре достигнут своих максимальных значений. Определение площади откола защитного слоя (рис. 8) позволяет получить нагельное усилие в виде:

где и - количество стержней рабочей арматуры.

Усилия в поперечной арматуре определяются для каждого поперечного стержня отдельно. Зная высоту сжатой зоны бетона над наклонной трещиной и длину горизонтальной проекции наклонной трещины, можно определить место приложения поперечного усилия в каждом стержне отдельно (рис. 9).

Допускаем, что достижение максимальных напряжений будет в том случае, когда наклонная трещина пересечет хомут точно в его середине. Т.е. направления напряжений, равных пределу текучести поперечной арматуры, будут проходить по касательной, а фактический вектор будет направлен по вертикали (рис. 9).

Согласно рис. 10, достигает своих максимальных значений, когда наклонная трещина пересекает поперечную арматуру посередине, т.е. когда Ъ,= 0, а минимальных значений при Ь = г.

Рис. 8. К определение нагельного эффекта, а - защитный слой продольной арматуры

\

уГ+ау 2гуГ+ау

г+а

- прочность фиброжелезобетонных образцов при действии среза по сравнению с контрольными образцами из железобетона оказалась больше, в среднем по сериям при проценте фибрового армирования цу=1% в 1,93 раза, при ц,=2% в 2,4 раза, при в 3,27 раза;

- в результате проведенных исследований получена эмпирическая зависимость прочности при действии среза для фибробетона при разном проценте фибрового армирования.

4. Впервые проведены экспериментальные исследования и получены новые данные о влиянии фибрового армирования на несущую способность элементов круглого сечения при действии поперечных сил

Было запланировано 3 серии опытных балок в количестве 12 штук. Геометрические размеры и армирование представлены на рисунке 13.

Опытные балки отличались процентом фибрового армирования. Для сравнения результатов одновременно с изготовлением опытных образцов были запроектированы контрольные образцы - железобетонные балки.

Первые трещины появлялись на растянутой грани образца в зоне чистого изгиба или под сосредоточенными силами. С увеличением нагрузки трещины распространялись ближе к опорам. Заметим, что полученные данные корреспондируются с результатами численных экспериментов, описанных выше, как по характеру трещинообразования, так и по характеру разрушения.

Разрушение фиброжелезобетонных образцов происходило от действия поперечных сил. Эксперимент позволил получить дополнительную информацию о работе фиброжелезобетонных элементов круглого сечения в условиях поперечного изгиба. Так с увеличением процента фибрового армирования наблюдалось уменьшение проекции опасной наклонной трещины. Разрушение образцов с добавлением фибрового армирования происходило значительно медленнее, чем железобетонных образцов. Нагрузка, при которой появлялись трещины, с ростом объема фибрового армирования возрастала,

Рис. 13. Схема армирования и геометрические размеры образцов серии: 1ФЖБ,

2ФЖБ, ЗФЖБ

Примечание: 1-ая цифра обозначает порядковый номер и показывает процент фибрового армирования, ФЖБ - обозначение фиброжелезобетонных образцов

брожелезобетонных и железобетонных образцов. Как видно из таблиц 5 и 6, несущая способность при действии поперечных сил увеличилась в 1,5, 1,95 и 2,32 раза при продольном осевом сжатии Ют, 12 т, 24 т., соответственно для фибробетонных образцов и в 1,45, 1,83 и 2,39 раза при продольном осевом сжатии 10 т, 12 т, 24 т., соответственно, для железобетонных образцов.

Таблица 5

N. 'Г Р Ф„ Ф ' ЯОП е„.т бгоп, Т

СНиП 2.03. 01.84 СП 52.101. 2003 СП 63. 13330. 2012 СНиП 2.03. 01.84 СП 52.101.2003 СП 63. 13330. 2012

0 0 1 1 1 1 14.7 14,7 14,7 12,0

10 0,1 1,23 1,02 1,12 1,51 19,06 15,82 17,04 18,1

14 0.14 1,32 1,26 1,17 1,95 20,48 19,48 18,14 23,5

20 0,2 1,46 1,34 1,25 2,34 22,6 20,68 19,28 28,2

Примечание^ 0 = N / ; <р„ = £>п / 0; <?т= £?„оп/£оп; £„ = Ф„£, где Ы- усилие сжатия, = + , £?,юп- экспериментальное значение предельной поперечной силы, воспринимаемой образцом при совместном действии продольных и поперечных сил, - теоретическая несущая способность, вычисленная по предложенной расчетной модели (см. п. 2)

Таблица б

N. Т Р Ф„ Ф <2, т елоп, т

СНиП 2.03. 01.84 СП 52.101.2003 СП 63. 13330. 2012 СНиП 2.03. 01.84 СП 52.101. 2003 СП 63. 13330. 2012

0 0 1 1 1 1 9,3 9.3 9,3 8.4

8.5 0,09 1,317 1,183 1,11 1,45 12,12 10,88 10,212 12,2

14 0,15 1,52 1,27 1,183 1,83 14 11,68 10.88 15,4

20 0,21 1.739 1,343 1,25 2,393 16 12,36 11,5 20,1

Таблица 7

N. Т А (%) ФЖБ . Т Д (%) ЖБ дтп, т

СНиП 2.03.01. 84 СП 52.101. 2003 СП 63.13330. 2012 ФЖБ СНиП 2.03.01. 84 СП 52.101. 2003 СП 63.13330. 2012 ЖБ

0 22,5 22,5 22,5 12 10,7 10,7 10,7 8,4

10 5,3 12,6 5,9 18.1 0,6 10,8 16,3 12,2

14 12,95 17,1 22,8 23,5 9,9 24,2 29,4 15.4

20 19,9 26,7 31,6 28,2 20,3 57,2 61,49 20,1

Из таблицы 7 следует, что теоретические расчеты с применением разных зависимостей, принятых в нормативных документах, имеют значительный разброс по сравнению с экспериментальными данными.

На рисунке 17, 18 представлен график зависимости несущей способности на поперечную силу от действия усилий обжатия. Как видно из графиков, опытные значения значительно превышают теоретические расчеты.

Как видно из рисунков 17 и 18, наиболее близка зависимость, которая была принята в СНиП 2.01.01-84*, но и она существенно отличается от экспериментальных данных.

На графике 19 представлена зависимость српоп от (3, полученная для железобетонных и фибробетонных элементов круглого сечения при совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил. В результате обработки экспериментальных данных была получена линейная зависимость прироста прочности <рпоп от коэффициента (3, выражающаяся формулой:

Фм=б,9р+1.

-СНиП 2.03.01-84 -СП 52-101-2003 -СП 63.13330.2012 - опытные данные

Рис. 17. Зависимость 0 от N в железобетонном элементе, где - предельная поперечная сила, N - усилие обжатия

СНиП 2.03.01-84 СП 52-101-2003 СП 63.13330.2012 опытные данные

Рис. 18. Зависимость С? от N в фиброжелезобетонном элементе, где 0 - предельная поперечная сила, N - усилие обжатия

О 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Р

Рис. 19. Зависимость фшп от р, где <Р„01,=£?„0,Д? п> $ = N/ Nь

Предельная несущая способность от совместного действия продольной сжимающей и поперечной силы будет иметь вид:

Влияние продольных сжимающих сил по нормативной методике с помощью коэффициента срп недооценивается при определении прочность фиброжелезобетонных конструкций круглого сечения. По результатам проведенных исследований была предложена методика расчета прочности конструкций круглого сечения при совместном действии продольных осевых сжимающих и поперечных сил, дающая удовлетворительное согласие с экспериментальными данными.

Из проведенных исследований можно заключить:

- добавление продольных сжимающих сил увеличивает несущую способность железобетонных и фиброжелезобетонных элементов по наклонному сечению при действии поперечных сил;

- количественное влияние продольной силы для железобетонных и фиброжелезобетонных образцов было практически одинаковым. Для железобетонных образцов увеличение составило 50%, 87%, 139%, для фиброжелезобетонных 50%, 95%, 134% в зависимости от продольного усилия сжатия;

- расчеты по существующим нормативным документам элементов круглого сечения из сталефибробетона при совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил дают значительное отклонение от опытных данных (Ати = 31,63%);

-в результате проведенных исследований получены экспериментально-теоретические параметры, обеспечивающие получение адекватных результатов при расчете прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил.

Общие выводы

1. По результатам моделирования железобетонного элемента круглого сечения при действии поперечных сил в комплексной программе «ЛИРА», элементы круглого сечения будут иметь схожую картину трещинообразова-ния и характер разрушения с элементами прямоугольного сечения.

2. В результате проведенных исследований получены численные значения роста прочности фибробетона на действие среза по сравнению с бетоном (до 3.27 раз) и выведена эмпирическая формула прочности на срез при различном проценте фибрового армирования.

3. Обнаружено значительное возрастание прочности фиброжелезо-бетонных образцов круглого сечения по сравнению с железобетонными образцами до 2 раз, работающих в условиях поперечного изгиба. Трещи-ностойкость фиброжелезобетонных образцов существенно превысила эти параметры для железобетонных конструкций. Так при проценте фибрового армирования //=3% усилие трещинообразования повысилось по сравнению с железобетонными образцами в два раза. Увеличилась вязкость разрушения фиброжелезобетонных образцов по сравнению с образцами из железобетона: существенно меняется картина последней стадии разрушения, которая происходит не так хрупко как в конструкциях из железобетона, а с постепенным раскрытием трещин более плавно и боле продолжительно. С увеличением процента фибрового армирования наблюдается уменьшение проекции опасной наклонной трещины, что свидетельствует о положительном влиянии фибр на работу наклонного сечения.

4. Экспериментально доказано положительное влияние продольного осевого усилия сжатия в пределах, не превышающих 20% от предела прочности на осевое сжатие, на несущую способность фиброжелезобтеонных элементов круглого сечения при совместном действии продольных и поперечных сил. Количественное влияние продольной силы для железобетонных и фиброжелезобетонных образцов было практически одинаковым. Для железобетонных образцов увеличение составило 50%, 87%, 139%, для фиброжелезобетонных 50%, 95%, 134% в зависимости от продольного усилия сжатия;

5. Предложен метод расчета для определения несущей способности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения на действие поперечных сил и совместное действие продольных осевых сжимающих и поперечных сил. Результаты расчета по предложенной методике дают удовлетворительное согласие с опытными данными и могут быть рекомендованы для внедрения в проектную практику.

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ - ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОЧНОСТЬ ФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания

и сооружения

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук профессор В.И. Морозов

Санкт - Петербург 2013

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. НАПРАВЛЕНИЕ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................................................................7

1.1. Фибробетон...........................................................................................................8

1.1.1 Краткие исторические сведения...............................................................8

1.1.2. Прочностные свойства фибробетона.........................................................10

1.2. Напряженно-деформированное состояние и прочность при поперечном изгибе железобетонных конструкций......................................................................12

1.2.1 Особенности трещинообразования по наклонному сечению...................12

1.2.2 Механизм разрушения по наклонному сечению.......................................15

1.2.3 Краткие исторические сведения расчета прочности по наклонному сечению железобетонных элементов...................................................................17

1.2.4 Двухблочная схема расчета по наклонному сечению...............................24

1.2.5 Силы зацепления по берегам наклонной трещины...................................30

1.2.6 Зарубежные методы расчета по наклонному сечению..............................32

1.3. Совместное действие продольных и поперечных сил....................................36

1.4. Вопросы прочности железобетонного элемента круглого сечения на

действие поперечной силы.......................................................................................38

1.5 Выводы и направление дальнейших исследований.........................................40

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ.......................42

2. 1. Компьютерное моделирование балки круглого сечения...............................42

2.2. Расчет прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения от действия поперечных сил.........................................................................................48

2.2.1 Основные положения расчета по прочности..............................................48

2.2.2 Определение усилий в фибробетоне..........................................................49

2.2.3. Определение усилий в продольной арматуре...........................................53

2.2.4 Усилия в поперечной арматуре....................................................................54

2.2.5 Силы зацепления...........................................................................................56

2.3 Выводы по 2-й главе............................................................................................57

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ.......................................58

3.1. Физико-механические характеристики материалов................................58

3.1.1 Проведение испытаний................................. ...................................................61

3.1.2 Разрушение образцов.......................................................................................61

3.2 . Экспериментальные исследования прочности фибробетона при действии среза.........................................................................................................................64

3.2.1 Выбор схемы для предварительных испытаний на срез.......................64

3.2. 2 Технология изготовления опытных образцов для испытаний на срез65 3.2. 3. Характер разрушения и результаты испытания образцов при действии среза.....................................................................................................68

3.3. Экспериментальные исследования фиброжелезобетонных элементов

круглого сечения при поперечном изгибе...........................................................71

3.3.1 Технология изготовления опытных образцов (круглого сечения).......72

3.3.2. Подготовка образцов к испытаниям и методика испытаний..............74

3.3.3 Характер разрушения................................................................................77

3.3.4. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов............81

3. 4. Выводы по 3-й главе......................................................................................84

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ

ПРОДОЛЬНЫХ СЖИМАЮЩИХ И ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ.................................85

4.1. Технология изготовления опытных образцов.................................................85

4.2 Подготовка образцов к испытаниям и методика испытаний..........................86

4.3. Характер разрушения.........................................................................................89

4.6. Сравнение теоретических и экспериментальных данных..............................92

4.6. Выводы по 4 - ой главе.......................................................................................97

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ................................................................................................98

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................................100

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................118

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования.

Все более широкое применение, в частности, в многоэтажных зданиях и специальных сооружениях имеют конструкции круглого сечения, работающие с малыми эксцентриситетами. Зачастую, помимо продольных сил, на них так же действуют и поперечные силы. В существующей научной литературе и в нормативных документах отсутствуют какие-либо рекомендации о расчете элементов круглого сечения из железобетона и фиброжелезобетона, работающих в условиях поперечного изгиба и совместного действия продольных сжимающих и поперечных сил.

В современном обществе всегда есть опасность разрушения конструкций от разного рода техногенных факторов, террористических угроз, в связи с этим становится актуальным вопрос повышения вязкости разрушения элементов, предупреждения лавинообразного разрушения.

Одним из способов решения данной проблемы является дисперсное армирование железобетона стальными фибрами, способное обеспечить улучшение механических характеристик материала: повысить прочность, увеличить предельную сжимаемость, растяжимость, трещиностойкость, ударопрочность, вязкость разрушения и т.д. Очевидно, что в этом случае фибровое армирование будет полезно для предотвращения прогрессирующего обрушения, опасность которого возрастает в связи с нарастающей тенденцией создания уникальных зданий и сооружения.

В данной диссертации впервые исследуется задача оценки прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при поперечном изгибе и совместном действии продольных осевых, сжимающих и поперечных сил.

Цель и задачи исследования.

Целью исследования является экспериментально-теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния и прочности фиброжелезобетонных изгибаемых элементов круглого сечения при действии

поперечных сил, совместном действии продольных осевых сжимающих и поперечных сил и разработка методики их расчета. Задачи исследования:

1. Экспериментальные исследования прочности на срез фибробетона при разном проценте фибрового армирования;

2. Экспериментальные исследования влияния процента фибрового армирование на изменение прочностных и деформативных характеристик фиброжелезобетонных элементов круглого сечения;

3. Экспериментальные исследования влияния продольного осевого усилия сжатия на несущую способность фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при поперечном изгибе;

4. Проведение численного экспериментального исследования с использованием программного комплекса «Лира» по оценке напряженно-деформированного состояния, в том числе в нелинейной постановке, и определение возможного характера трещинообразования и разрушения;

5. Разработка методики расчета прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при поперечном изгибе, а также при совместном действии продольных осевых, сжимающих и поперечных сил.

Объектом исследования является элемент круглого сечения из мелкозернистого бетона, армированный стержневой арматурой и стальной фиброй, при кратковременном действии поперечных сил и совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил.

Область исследования соответствует паспорту специальности 05.23.01 -"Строительные конструкции, здания и сооружения" и относится к области исследования, предусмотренного пунктом 3. Создание и развитие эффективных методов расчета и экспериментальных исследований вновь возводимых, восстанавливаемых и усиливаемых строительных конструкций, наиболее полно учитывающих специфику воздействий на них, свойства материалов, специфику конструктивных решений и другие особенности.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. В результатах теоретического исследования напряженно-деформированного состояния фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при поперечном изгибе с использованием программного комплекса "Лира", в том числе в нелинейной постановке.

2. Впервые разработаны теоретические основы и методика расчета по первой группе предельных состояний фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при поперечном изгибе.

3. Получены новые опытные данные о влиянии фибрового армирования на прочность фибробетонных элементов при действии среза.

4. Получены новые экспериментальные данные о влиянии фибрового армирования на несущую способность элементов круглого сечения при действии поперечных сил.

5. В результатах экспфиментально-теоретических исследований влияния продольного усилия сжатия на несущую способность фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при действии поперечных сил, которые позволили получить соответствующие параметры, обеспечивающие получение адекватных результатов при расчете по первой группе предельных состояний.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I Международном конгрессе «Актуальные проблемы современного строительства» (2012 год, СПбГАСУ), Международном конгрессе, посвященный 180 - летаю СПбГАСУ "Наука и инновации в современном строительстве - 2012" (2012 год., СПбГАСУ), П Международном конгрессе «Актуальные проблемы современного строительства» (2013 шд, СПбГАСУ). Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 6 печатных работах, общим объемом 1.9 п.л., лично автором - 1.5 пл., в том числе 3 работы опубликованы в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденный ВАК РФ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. НАПРАВЛЕНИЕ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В настоящее время железобетон является одним из основных строительных материалов из-за его больших преимуществ по сравнению с другими строительными материалами. Бетон и железобетон широко применяют при возведении новых зданий и инженерных сооружений, реконструкций и капитальном ремонте, индивидуальном строительстве. Из железобетона возводят крупнейшие объекты гражданского, производственного и транспортного назначения - многоэтажные здания, телевизионные башни, дымовые трубы, гидроэлектростанции, мосты, уникальные спортивные сооружения и многие другие объекты.

Железобетон выгодно отличается своей низкой энергоемкостью и экологической безопасностью по отношению к окружающей среде. Сырье для производства бетона практически не исчерпаемо. Железобетон очень хорошо совместим со многими строительными и отделочными материалами. Но несмотря на свои положительные свойства, бетон имеет ряд существенных недостатков. К ним в первую очередь относится невысокая прочность на растяжение, которая в 8-10 раз ниже прочности на сжатие. Арматура, устанавливаемая для улучшения работы бетона в растянутой зоне конструкции, требует устройства надлежащего защитного слоя во избежание ее корродирования. В тонкостенных конструкциях это становится довольно сложной задачей.

Повысить прочность бетона на растяжение можно путем введения в него различного рода фибр из стали, стекла, базальта или пластмасс. Добавление стальной фибры в бетон способно улучшить работу конструкции в растянутых зонах, а так же существенно повысить трещиностойкость. Разрушение конструкций из сталефибробетонна носят более вязкий, спокойный характер, нежели конструкции из железобетона.

1.1. Фибробетон

1.1.1 Краткие исторические сведения

Впервые экспериментально-теоретические исследования бетона, армированного отрезками тонкой металлической проволокой, были выполнены русским инженером В. П. Некрасовым в 1907 г. Он получил первый в мире патент на сталефибробетонную конструкцию [91]. В своих работах В. П. Некрасов указывает на главные преимущества материала: повышенное сопротивление фибробетона растяжению и сжатию, отдаление момента появления трещин, возможность армирования конструкции или ее участков с неопределенным направлением усилий и труднодоступной для укладки направленной арматуры.

В. П. Некрасовым было получено трехкратное увеличение прочности бетона на сжатие за счет армирования его произвольно ориентированными обрезками проволоки и уменьшения диаметра до 0,27 мм при проценте армирования 1,28.

Полученный результат представляется правдоподобным, так как в то время бетон в строительстве применялся низких марок, а, как известно, эффективность фибрового армирования повышается с уменьшением прочности бетонной матрицы.

Во второй половине прошлого столетия вновь возрос интерес к фибровому армированию. Благодаря работам Д. С. Аболинша [1], Т. И. Астрова [2], И. Н. Ахвердова [4], В. В. Белозира [6], И. В. Волкова [16, 17, 18], В. П. Вылегжанина [19, 20, 21], А. Е. Десова [29], В. К. Кравинскиса [60], Б. А. Крылова [61, 62, 63], В. М. Косарева [58, 59], А. Н. Куликова [66], Л. Г.Курбатова [67-80], И. А. Лобанова [81, 82], В. П. Некрасова [91], Р. Л. Маиляна [84], В. И. Морозова [88, 89, 90], А. П. Павлова [92, 93, 94, 95], Н. Я. Панарина [96], С. Ф. Подшивалова [100], Ю. В. Пухаренко [101, 102], Ф. Н. Рабиновича [104-108], В. П. Романова [110], Г. Н. Ставрова [119], Г. Г.

Степановой [121, 122], К. В. Талантовой [123], В. Н, Тупицыной [130], В. Д. Харлаба [132], Г. К. Хайдукова [131], В. В. Чернова [135], Г. Н. Шоршнева [96], G. В. Batson [140, 148], J. Dixon [142], Е. Hognestud [145], G. P. Romualdi [147, 148], M. I. Snyder [151] и многих других ученных накоплен значительный объем опытных и теоретических данных.

Интерес к фибробетонным конструкциям объясняется тем, что они обладают более высокими по сравнению с обычным железобетоном трещиностойкостью, динамической прочностью, морозостойкостью, истираемостью, а также рядом других ценных механических свойств. Кроме того, применение фибробетона позволяет существенно снизить трудоемкость изготовления конструкций за счет совмещения арматурных работ с приготовлением бетонной смеси.

Разные исследователи приводят экспериментальные данные, характеризующие увеличение прочностных показателей бетона, армированного фибрами по сравнению с обычным бетоном [30, 56, 67, 69, 81, 82, 83, 94, 95, 119, 134]:

• прочность на растяжение в 2 - 2,5 раза;

• прочность на растяжение при изгибе в 3 - 3,5 раза;

• прочность на сжатие в 1,2 - 1,5 раза;

• прочность на срез в 1,5 - 2 раза;

• сопротивление удару в 3 - 4 раза;

• морозостойкость в 2-2,5 раза.

Зарубежный опыт применения фибробетона в конструкциях показывает, что области использования этого материала могут быть довольно разнообразны и обширны.

В 1968 году Ромуальди, Рамей и Сандай опубликовали результаты динамических испытаний фибробетонных плит и балок [145]. Были испытаны плоские плиты на взрывные воздействия и балки на ударные и пульсирующие нагрузки с последующим их испытанием при статическом нагружение.

В опытах над плитами наблюдалось существенное увеличение предельных растягивающих и сжимающих напряжений, значительно снизились скорость разрушения плит от момента появления трещин, повысилась трещиностойкость плит, армированных стальными фибрами. Фибровые включения изменили характер разрушения образцов от внезапного с разрывом арматуры до полного с постепенным нарушением структуры бетона.

1.1.2. Прочностные свойства фибробетона

Эксперименты, проведенные отечественными исследователями, позволили собрать значительную эмпирическую базу физико-механических характеристик фибробетона. Прочность фибробетона (на сжатие, растяжение, растяжение при изгибе, на срез и т.д.) зависит от процента армирования фибрами ([X/), величины (//- длина фибры, ¿//-диаметр фибры), технологии изготовления, прочности бетонной матрицы, характеристик фибры и т.п.

А. Н. Куликов в экспериментальных исследованиях [66], проведенных на кубах с размером ребра 100мм и с использованием стальной фибры периодического профиля с1/=0,25 мм, /=25 мм, исследовал зависимость содержания крупного заполнителя на прочность и трещиностойкость фибробетона. Предельные растягивающие напряжения определялись при раскалывании кубов. Автор отмечал, что добавка щебня до 25% от веса сухих компонентов снижает эффективность фибрового включения на 20%. Добавление крупного заполнителя более 25% ведет к резкому падению эффективности фибрового армирования. Содержание щебня ухудшает равномерность распределения фибр в бетонной массе.

Д. С. Аболи