автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Несущая способность сталеполимербетонных комплексных сжатых элементов

госудлрствшш ice?.nrzT росспяскоз сзякрацпп

по госет.7'03рд302лгсэ

_ Воронагсгдя гссудзрсгпггпия ПИгпОгДугнэ-с

-строптялы'зя

На прагзг рулогпгсл 77Л 634.011.78

пвашз ггт-л г:"стсрс::л

НЕСУЦАЯ СПОСОБНОСТЬ ШЛИГОЛШРБЗТОНШ Ж'ЛДЕКСНИХ C.1ATÜX ЭЛЕМЕНТОВ '

Спэ1салы»сть 05.23.01 - Строггголыгз вмжтругаря,

П ссорутг.01 см

Л в ï о р е 0 е р a ï гссертацпэ га сспсзвмпгв учэпоЛ стопешг глн.~гдзта таятсснвс imyit

Bopc:nr:-iS34

Работа вшолнена б Воронэиксй госу&рстсомнза ардитектур-да-стрсительноЯ академии (ВГАОА).

Нгфчшй руководитель:

доктор технических наук, профессор а.Ы.1!взшв • Научный консультант:

кандидат технических наук, доцонт А.В.Никулин Официалы-шз оппоненты:

доктор технических кзук, про^оссор В.Е. Беляев кандидат технических каук, доцент А.Е. Гровов

Видуеая организация: аоот " Гипропрол "

гАа 594 г. ь/6 час.еь» шя

иЫУх

жг'*а Л 06

Защита•состоится

на заседании диссертационного соеа'Уа Л 063.79.01 при ВоронзЕСКой государственной архитектурно-строительной акадэиш по -адресу: 39-1030, Воронег, ул. 20 лот Октября, 84, суд. 20, к. 3.

о диссертацией когио ознакомиться в библиотека акодвкии.

Автореферат разослан ")

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, ' Власов

доцент , '

ОГ.: .'.я ХЛРЛ1ГГКР;:СГК!!А PjTCVU

Актуальность tcîii. Зододзя изгзрпзлыпк р?сурсов, якорпм, поклюйте» оф^экгиигости гкистгалыкге влс.телиЛ, эксплуатационная пдохзгсетя и далгскзчисстл стрхггзл r^nr-Tpy::"::.'' яиятатся в пастолуоо врзм:! е;?.:тн-?."гс'; snrr:-".'! r¡ сттсптохьст'^.

Од!п;м нз тгутсЛ oripv! лг.потсл ^ь'том-

спг;;'<зл глзр"бот"л ч эг'": :'¡ "р с inp-v-

tros задэинк"! стоЛст'"'"!, в тем ':::o.tí с:!г:тог.г<т-с1г::{ -rc'tro^MSfcit-Л'пс, сгтоссбi зле г-"""!";';1:, "".'"зссботсм, i:o;:::-:>rr:?,r":'":c;i

прс:"гаг.сш0'г/ :: :1г:грл,":с"у £Т1:"СС"::::'С"У r\:v:-;T¡r:::

отг-оллх про;""i-ос?".

Езпзстшз способа ст r.oppo'"::î сгрот;то:"ь:";х пл!?:,г.>нтсп

tí ;cci?CTpyjur:^ б ус,"ог"':::; силыгхх пгр?ссгт:::;х cp'5:;

'"гзгтрулсстг: :i '::спо:"гтт;;г, тг.рЗуг"' г"ос;Х>:1 уулт-т;-;: ¡ прспзгЬдстгз и птеплуст-LTí '! 'тзего кпд-: .тп<.

упэггсоккл гадотаооп с?рснг?лрн:г;

для эксп.туатацтп з с;1,-.ь::о атрзссяскх cp^/r-u, практике.1:;

ПрТ!г.'-э!шть хк"гч~сз"* стсг.кггэ :'~70р"!"!л1, спозсбк^о,« toíív roc-

пгзггпть опгэ-лл'.'Г'уп ло.тэ ;r-?rpyr:ri, :г:

понструкн::э, т.о. обгп.—.ть рэсг^с^'сл лт-сч^сстК ättct-t-« •■.ti!:'-Р'ги'лч сояю относх:! г:о.":'"зри;¿o:;:t - констру'^'Л'.пкт1

''лтэриз.~ц,д;с:;таточ:;о :;с;рс:п в от]"сГ;го.т:н!г " ';р< -

шдотео.

Рмдсто с тжогрл с?о*п'сс7ъ рîîîjx

зугщх, в частноет;!, r.'ci:o::opa '"A!î, гч пезш.п-от к;рско пг^'н-ш, по-ппзголиз ста,л.?пол!:морбетонч!г* îx:-:r: j'pyKiiïîTi, onryior."'!!!';^ :•:<• 'бзтон;":.:;!. ;)М.з;:т;ггн"х путо1* с:к:"яш:л рлехздт

тсна при сохранении хгезтеесшЯ стсЯкссти ксчгтруклиЯ яплдогся

создашз и иссдадошниз • влекзнтов комплексного сочвная, где ста-лаполкмэрбетоншя оболочка нэ только надэгно зада^шт цвштша батон ядра элемента, но н воспринимает определенную доли внешшй нагрузки. В тоеэ вроыя в действующих нормативных документах полностью отсутствуют указания по проектировании сталеполиыербетон-ннх комплексных 'внецентранно саатых влеиэнтов.

В связи с этим -изучение работы под нагрузкой элементов такого типа и разработка практических рекомендаций по расчету при различных напряженно-дефоршрованнщ состояниях является аету-альной задачей.

Сальа работа является разработка расчетной изтодикн для оценки несущей способности сгатых стадепотарбатошш. елацэнтов комплексного поперечного сечения, ариирошиних спиральной и продольной высокопрочной арматурой с учетом 'гибкости влекентов и условий эксплуатации конструкций в сильно агрессивных - средах. ¡Ьучзгая новдзю: .

- разработана изтодика расчета иэсукэй способности ссатых стале-полимербвтоших спирально орапровзнтв олэиэнтов юкплексного поперечного соченкл;. -

- получены вкспершент&шшв давние о несущей способности и дефорьатшшости сталэнолшгэрбетоюик вяешнтов комплексного сечения со спиральна ар^рошишн Щ21 щецентраниом сшш;

- получена в|{спэда;онтальизце дашшо по проделыш поперечным до- ■ формациям сопроишлениа Ко1 иодиздрботона ФЖ на дестяаа-1818 при раскалывании а вшщричвюшв оашсихости, связишющае ети характеристики с временный сопротивлением лоляшрбетона на сша' тиз 8 . !

- получены вмлирические зависимости, оценишщив степень исноль-. зовання прочностных характеристик полиморбетона, бетона и лро-- дольной арматуры при действии свшаоцей ..нагрузки с екецентриен-

'тетон;

- определена величина граничного эксцентр!!ситета, при котором сохраняется эффективность использования спирального армиропаюш для случая внецентренного сгатия;'

- получена зависимость,оценишпцяя влияние гибкости исслодуемоЯ . конструкции на ев несуцу». способность в случае осевого сжатия;

Достоверность рзэрзботанних рэкошкишой и прэдлогекнкх гзтодов расчета подтгэрэдзотся статостк-шскоД обработкой ¡жсперигаитадькю; дашш, а тшоз ксгашжиби стггж« алешжтог. гатурних раз!.'.эрэп.

Пргзггапесхоо зизгагаэ рзбстц закяочавтел з то», что разработана и прэдложзка в практику прээктироззния ранее отсутствовавшая иотодшса расчета химически сто.Чтх стало лояшврботои-ш спирально армировании элемонтов коюишксного попаренного соченля для случая снецентрэнного сжатия, что позволяет погасить надЗгность и несу.цуи способность конструкция при оптимально к расхода полшербетока. Автор за^нцает:

- методику расчета несувдЯ способности сталеполимербетоишх элементов при освиои и вноцентронион сгатаи;

- результаты экспвринэт'алькк .•{сслздошзшгЯ влияния коэффициента спирального ариаросаикя л до^сг-'атишшх свойств полимзрбвтона «АН на дасущуя способность гнсиентронно сзгам э.-екзнтов кокп- •

лексного сечекнл;

результат:! лет««.* г?:0:состп на лесуцув

опособиссть огечектоз гоотлвкского сочедая прк осевом сгатки.

Ллрсбяц*:'! г~бог: и г:;0г-:. :••••! . Оснскше поло-ошм Д!ссертОШП! олублтотзш л 6 работах.

йаторгал; рлботн бшд должен» и сбсуякни на ВсессяэноЗ нэучно-тоятесгол тм-эр;гаш "Пмггзюя долгобэчносг;!

сельскохозяйственных зданий и сооружения" - Челябинск, 1930 г.; И и III Республиканских научно-технических конференциях "Применение пластшсс в строительстве и городском хозяйстве" -Харьков, 1987 г., 1991 г.¡областной конференции по бетону и железобетону (в ранках X Всесоюзной конференции по бетону и железобетону) "Бетон и велезобетон - ресурсо - и энергосберегающие конструкции и технологии" - Воронен, 1988 г., а та ¡же на ежегодных конференциях Воронесской государственной архитектурно-строительной академии - 1986-1994 г.г.

Объеи работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных виеодов, списка литературы и приложений.Диссертация изложена на 189 страницах машинописного текста, содераит 26 таблиц, 51 рисунок и список литературы из 124 наименований.

Диссертационная работа выполнена в Воронежской государст -венной архитектурно-строительной академии, ■

• СОДБРНАНИВ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проводимых.исследований и общая характеристика работы.

В первой глава дан анализ состояния вопроса и сформулированы задачи исследования.

Отмечается, что строительные конструкции оксплуатируеше в агрессивных средах, испытывают, помимо- силовых воздействия, химические и физико-химические воздействия, недооценка которых может привести не только к сникаким несущей способности, но и к аварийному состоянию зданий и соорухений.

Эффективным решением проблемы долговечности зданий и сооружений в условиях сильной промышленной или природной агрессивной

среди является использование полкмербетоншх конструкций.

В результате всесторонних экспериментально-теоретических исследования полимерботона CA!,! проведенных Давыдовым С. С., Ивановым Л.П., Соломатовым В.И. ,Патуроевш В.В., Потаповым Ю.Б., Чебаненко А.И., Харчевниковны В.И., Беляев«;! В.В., Залзном Л.П., ШКУЛПШМ A.B., ГрОЕЗЭЕЦМ A.B., Упзговдо Я.И., РОГОТНОВНМ Й.ф. и рядом других авторов, разработаны основы технологии, . проектирования и методики расчета конструкций из этого материала, доказана ¡эффективность м целесообразность его применения для изготовления строительных конструкций.

Для сталеполикербе-тошшх icomheoicchhx конструкций, предназначенных для эксплуатации в сильно агрессивных средах, больше значение ш.'озг сохранность зз^иткшс сгсЯсиз гашогарботснэ йШ ло отнопензпэ к арматура и це:'.ентио;?у бетону сврдешсаса. Нарушение сгогоаности голвиврбэтонз, проксходосзо пр:г действии кратковременной сашащей нагрузки по дашдал'Закона Л.!!., Някуяяга A.B.,Ува-кова И.И., Рогатнэва.Ю.Ö.- на уровне (0,7-0,9) -о и приводящее и образование шоеротрездн и гакродефзктов. и, следовательно, к ухудшению условий работы стальной арматур:! и цементного бетона, а в Дальнейшей - к сшсениэ додговзчности конструкции, недопустимо для конструкций, оксплуатгфусгдк я агрзссивннх средах. Следовательно, обоскошгаас! будет кзоначекю предельного состояния по прочности Tomnci грлтгзи'гг напрпггегзп ( с~атня или рзстяге-ная) _и ссотглтствухгзпя гч при.которых начинается

процесс нятенстаего пп:рэтре~з;сс£р когтил.

В П2СТ0ЯПС0 Щ55НЯ НЗКбОЛОО ПЭрСПвКТИВШ! шяш!ксвш КОНСТ-рукщп из ог'опояз.:зрбэгсга и цёг.гнткого бетона или колезебото-"на.т.к. тоггз i'OHcrpyiOj'Gi лозтляяя рашгенэльш использовать высокую зпмиесиуэ стойкость л прочность лоя:чэрбо?она и надеф«-цитность, гесткссть л стебялышо характеристики имюнтегоч» бпг<>-

- о -

на. ,

В 1975 году Ивановка А.Ы. к Накулинш« A.B. 611л продаоган строительный вломзнт комбинированного сечения, нклячащий ста'ле-гсшшарбвтоннув трубчатую оболочку и ботошаЛ сердечник, полу-чоюшй путей ^аполнеми ролости оболочки цошитоботошюй сшсью. Проваденнко исследования показал» гозшгноегь осукествяешш такого элешнта, -кадггас/ю сск,;остнуя работу по&ггорбот'она, цементного бэтою к стодьпсй ap:.»ryp:! nps cLa'iäK, а таао в^згашг «ость' щзшакэшт квкшакспэго вдекзкта' в строительной практике. Однако, на проводились исследования и отсутствуют рокомевдации по.расчету таких эдэкоитов при внэцонтрош'ом'сзамии. Нет данных о работе под нагрузкой гибких шнляэксшк одэуэнтов.

одшш из вффэктибных путой повцззкил носутцэЯ способности сезтих элементах 'конструкция без увеличения сомоний, является применение косвенного армирования. иногочисленнне исследования, посвяоенные юпросу косвенного армирования цементного бетона, проведенные Консидером, Р. Залигером, К. Бахом, Некрасовым В.П., Абрамовым Н.У., Куршио A.C., Гвоздевым A.A., Гамбаровым Г.А., Карпинским В.И., Иартинцем С., Л.Н. Кильсоном, Ф. Рихардом и рядом других авторов показали эффективность применения косвенного армирования сгатих элементов. Установлено, что косвенное армирований, создавая эффект обойин, значительно повышает • дефорыатив-ность бетона и meysy» способность конструвдш, позволяет шкеи-п.тно у.сполъзошть ш«юкойрзчиуэ сторлпг.уу арматуру на скатио. Однако, с т::зСотя;;, пэгвлзднтзе кооттои}- ирг-аровинкю т-бетонов расскатргжагось, глиыис.! сЗразил, влияние такого гада .аркироважш на величину разруЕагжзй нагрузка. Для сталепо-лзшербетонных конструкций, в отличио от конструкция на основе цементных бетонов, как било показано/, нагнал является вопрос мшеротрещинообразования. йсследоватш", проведенные A.B. Нику ли-

ним, И.И. Ушаковым, Н.Г. Катковым, Ю.Ф. Рогатневыы, посвященные вопросам косвенного армирований полимербетонных конструкций, в том числе комплексных,'показали перспективность применения данного вида армирования, его сдергивающее влияние на образование и развитие трещин, что повышает несущую способность сталеполимер-бетоншх конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах.

На основании проведенного анализа сделан вывод о необходи-

V

«ости проведения исследования сталеполимебетонных внецентренно .спатых комплексных элементов, а такге элементов с гибкостью X > 14, сформулированы задачи настоящего исследования.

Ео сторсП глава излагается программа и методика исследования прочности и деформативности сталвполимербетонных комплексных опытных элементов при действии кратковременной, осевой и внецентренно прилогонной сгит.агцеЯ нагрузки.

Предельное состояние исследуемого элемента принималось при условии недопущения образования кикротрещш, облегчающих доступ агрессивной среды к стальной арматуре и цементобетонному сердечнику. Так как разрупение сяатых элементов из материалов, имеющих на порядок меньпую прочность при растяжении, происходит от образования и развития трещин, направленных вдоль действующей силы,а причиной их образования является поперечная деформация, условие предельного состояния иопно записать в виде

лексного элемента. ^ е11т - предельная поперечная деформация рчвиая пгмьч^чноЯ

ху

деформации полимзрбетона еху 01,с определенна и м->

ху, его

(1)

где е

'рЬ, .-.у

поперечная деформация полимербетоня оболочки коми

ыент начала интенсивного иасрогрещинообразования. Проведено математическое планирование эксперимента для оценки влияния коэффициента спирального армирования с1г и е*1,"1 -' на коэффициент эффективности бокового давления а , ,

лу С1Г

создаваемого спиралью. Выявление влияния эксцентриситета е приложения продольной силы на коэффициент ло1 . степень использования характеристик полимербетона и цементного бетона kD и арматуры кв планировалось по однофакторному эксперименту, где в варьировалось на нескольких уровнях.

Согласно плану эксперимента было изготовлено и испытано 18 сталеполимербегонных комплексных элементов (рис, 1) диаметром 206 им, высотой 700 мм, 27 неаршрованных полимарбетонных и 6 цементобетонных призм размером 100x100x400 мм,. такое же колит чество кубов размером 100x100x100 мм и три цементобетонных цилиндра диаметром 155 мм.

Коэффициент, спирального армирования с1г изменялся от 0,71 до 1,11 % в соответствии с изменением диаметра проволоки спирали 4 мм и 5 мм, класс арматуры В-Г, шаг спирали принимался равным 30 мм. Продольная арматура в опытных элементах,предназначенных на испытание на осевое сжатие, состояла из шести стерашвй 0 6 мм класса А-Ш; в элементах, испытанных с эксцентриситетом 0 10 мм класса Ат-Y. (

Изготовление.опытных элементов производилось в два этапа. На первом этапе в стальных горизонтальных опалубках с вкладышем изготавливалась армированная полимербетонная оболочка с вибрированием смеси и последующим сухим прогревом. Состав полимербе-тонной смеси в % по массе был принят в соответствии с. СИ 525-80 и особенностью изготовления, тонкостенных конструкций: щебень . гранитный фрвкции 2,5-5 мм - 53 % ; песок квлрцшшй крупностью 0,14-0,63 мм - 19 % ; андезитовый микронаполнитель - 14,8 % ;

Армирование опытных олементов

Р .

л.продсльнао арматура Спиральная 'арматура

З.ТеИ30РЕ5ИСЩРЫ 4.(1м)1!}ЦКИ jfA9 ШНЕШ УЛЬТРА55YK»ЫК ^АТ-ЧИКОб

Рис. 1

фурфуролацетоновая сшла (- 11 % ; отвердитель БОК - 2,2 %. На втором этапе производилось заполнение оболочки цементным бетоном класса В20. Состав цементного бетона в ж'по массе следующий: щебень- гранитный фракции 5-10 мм - 53 %, песок кварцевый 1:^2,4 - 24,4 %, цемент М-400 - 14,4 %, вода - 8,2 %, с характеристиками В/Ц = 0,57 и O.K. = 4,5 см. Испытания опытных элементов проводились в возрасте 28 суток.

Ло результатам испытаний арматурной стали но ГОСТ 12004-81, 'были найдены эмпирические зависимости оа = i(e ).-Для арматуры класса A-III, при'с > 200-Ю"5

ав = 200-10"5-Ев + 6-(ев-105 - 200)0,55 . (2)

Для арматуры класса ät-Y при efl > 310-10"5 • 4

оа = 310-Ю"5-Ва + 4,Б-(ев-105 - 310)°>т. (3)

С целью определения предельной поперечной деформации полимербетона е11т проводились испытания полимербетонных кубов на

ху

растяжение при раскалывании.За основу была принята методика-ГОСТ 10180-78* с учетом особенностей испытания для получения величин деформаций. Измерение деформаций производилось алектротензомет-рическим, методом при помощи прибора ЦТМ-5. Для изучения нарушений структуры полимербетона применялся импульсный ультразвуковой метод с использованием прибора УК-10ПМ.

Анализ результатов испытаний кубов на раскалывание, а также исследования проведенные Parlilzgar S., Koren W., Горлановой H.A. показывают, что разрушение полимербетонов при испытании на растяжение начинается с появления микротрещин и протекает практически мгновенно с лавинообразным нарастанием количества и размеров микротрещин, их смыканием в одну или несколько макротрещин. »

Это подтверадается данными ультразвуковых испытаний. В связи с , этим предельная поперечная деформация полимербетона на границе интенсивного микрогрещинообразования определялась при (0,95 -1,0)-Nu. Для определения вероятностной связи меаду временным сопротивлением полимербетона на растяжение при раскалывании -Rt о1 и Е^у™ были проведены корреляционный и регрессионный анализ експериментальных данных по специально разработанной программе на ЭВМ. В результате была принята зависимость вида

- -

= (34,6 + 0,756-^ о1) •

10

-5

(4)

с коэффициентом корреляции г = 0,96.

В результате проведения испытания полимербетонных и це-ыентобетонных призм на саатие были получены прочностные, дефор-мативные и структурные характеристики материалов (таблица). Анализ процесса микротрещинообраэования в полимербетоно производили двумя методами: предлояешшм О.Я.Бергом и по достижению поперечными деформациями полимербетона величины е**™, с контролем полученных результатов по данным ультразвуковых испытаний прибором

Таблица

Кратковременные прочностные и деформативные характеристики полимербетона и цементного бетона

Характеристика Среднеар1ф- мэтичоское значение X Среднекшд- ратическон отклонение Б Коэффициент вариации V,«. Догери-тельнаи граница ДЛЯ А Показатель относнтель ной .точное ти опытных данных В.%

*Ч,с1' МЛа 7,56 0,61 8,1 0,24- 3,2

С'105 78,1 7,6 9,7 3,0 3,8

В . , МЛа 70,4 5,4 7,7 2,14 3,0 •

В0-Ю"4, Ш1а 2,'40 0,12 4,8 0,046 1,9

V 0,235 0,016 6,9 0,006 2,7

Чг'10' 377,5 43,6 11,5 ■»и ,. 4,5

Ирь.ого» 1ШЗ 57,8 5,4 9,4 2,14 3,7

^.ого"10' 273,7 18,9 . 6,9 2,7

й. , Ш1а о 19,5 0,8 3,8 0,6 2,8

е .-К)5' и, 2, Ь 202,0 22,6 11,2 17,0 8,4

УК-ЮПИ. Уровень напрягения, соответствующий параметрической точка ого, определенный, согласно О.Я.Бергу, по графикам изменения относительного объема в и дифференциального коэффициента поперечной деформации V находится в пределах (0,85-0,94) от временного сопротивления полимербатона осевому скати» НрЬ Второй уровень напряжения К . „ . найденный по воличине е11™, находит-

рО| СХлЗ X/

ся в пределах (0,74- 0,89)-КрЬ и т.е. несколько юше чем первый, а граница резкого увеличения относительного уровня прироста времени прохоадения ультразвуковых волн изменяется в довольно широких пределах,однако, на выходя за нижний уровень,определяемый по е^1™.' Проведенный корреляционный и регрессионный анализ экспери-

ху

ментальных данных позволил получить следующие зависимости, с коэффицентами корреляции г вшпе критических значения для уровня значимости а = 0,01 - >

Е^га « (152 - 5190/Rpb>u)-10"5 ; (5)

4cro = (199 + 0'015-Rpb,u>-10"5-: ' (6У

. R , = 6,18 + 0,73-R . . . (7)

pb.crc pb,u '

где R - сопротивление полимербетона. осевому скатию, соот-

Р D f С ГС

ветдтвушее уровню начала интенсивного микротрещи-нообразования.

Испытания комплексных цилиндрических элементов на сжатие проводились на гидравлическом прессе ПСУ-500. Измерение деформаций производилось электротензометрическим методом,с контролем по показаниям индикаторов часоюго типа с ценой деления 0,01 мм,ус.-тановленшм параллельно тенэорезисторам в шести точках по . пери-

¡татру влеи9нта. В процессе испытаний такго производили измерение времени прохоэдения ультразвуковых импульсов через тело опытных элементов.

Для оценки влияния спирального^ армрования на несущую способность комплексных элементов находился коэффициент эффективности бокового обгатил по формуле

С^^.сгЬ^^^.МГ-^О^ ' <8>

где сго - прирост несущей способности, обеспеченный действием спиральной арматуры, на весь элемент в целом, определенный, при выполнении условия,(1),по формуле

А№*р „ = И"*11 - N . _ - Ык - N , .(9)

oir,oro ого- рЬ.аго Ь в '

здесь Н®^рого - часть общей несущей способности, воспринимаемая полимербетоном оболочки, определяемая по формуле

№*Р = (А . - А^) -Я . ; (10)

рЬ.огс рЬ а рЪ.ого

~ часть несущей способности, воспринимаемая цементным бетоном заполнения и продольной арматурой.

Обработка экспериментальных данных, с предварительной проверкой гипотезы о значимости влияния факторов ие с1г и на ( ас1г' ПР0В°Ди-пась И® для двухфакторной зависимости. В, результате была получена формула

ао1г= 3,42 - 128.дВ1в1г+ 0,0145.е^ 0,Б.^>о1г.е»- , (И)

гдо с1*"1 - предельная поперечная деформация, определенная по

ХУ

формуле (5) или экспериментально, умноженная на 105. Анализ результатов проведенных.испытаний опытных элементов испытанных с относительным эксцентриситетом (е/0) = О,121;0,242; 0,363 позволил оценить влияние е на АН . . Учет этого влия-

С1Г, С1*С

ния можно осуществить введением к ДМо1г огс выражения

(1 - к. -еЛ)) > 0 , (12)

С1 Г

где ко1г = 9,62 - 0,0228 . ' (13)

При этом следует отметить, что область целесообразного применения расчетного спирального армирования можно ограничить значением (е/Б) найденного по формуле

(е/Б) * 1/(9,62 - 0,0228 •е1*"1). (14)

ХУ

При анализе опытных данных принималось, чтр несущая способность внецентренно сжатых элементов зависит от степени использования прочностных характеристик составляющих данный элемент материалов. В. связи с тем, что исследуемый элемент представляет собой многокомпанентныЯ объект, находился интегральный коэффициент кс, оценивающий степень использования прочностных характеристик полиморбетона и цементного бетона,а также коэффициент ка, оценивающий степень использования прочностных характеристик продольной арматуры. При этом принимались следующие допущения: распределение по высоте сечения элемента деформаций линейно; поли-мэрбетон, продольная арматура и цементный бетон деформируются совместно; работа обоих бетонов на растяжение не учитывается. Опытные значения к®хр и к**р-находились по формулам

йехр - ? а .-Л, - ЛИ ч

^ехр _ с га Ь в! 1_с!г, 1

Н . -А . + И. -А.

рЬ.сго рЪ Ъ

= У а /п -а , (1С)

3 за'

г-о о , о - кзяряетшя в аратурннх стергаих, опрзделзешэ при

л а±

ксгашзгаш элемента,соотвзтстаэию,' на центральное и внецентрвнное сгатш,прп не более о0 р.

Приведенный парниЯ коррзляционшЯ и регрессионный анажз на ЭК! позволил -получить сяедугзае зависимости

■3,1-(е/Б)

кв * 1 ~ {е/Ш + 0767 ' . (17)

0,9в-(е/В)

к. = 1--з- , - (18)

3 (е/Ш + 0,013

В трзтьсП главе приведены результаты экспериментальных исследования гибких комплексных сгатих элементов.

В программу эксперимента входрло определение влияния гиб-

¡даст э."я?:с;ггсз, шштршгах па сжатие со случайна эксцонтряси-тзтсм, на татщ) способность' в щодольном сссгояши согласно

УСЛОВИЯ (1) . .

По.плану однсфщ'.торпого оксдарзгапа было изготовлено пять серий опытных элементов,, по два элемента в серии, с Л от 10 до 50. ПарузодЯ диаметр элемзнтов принимался равным 115 им, высота от 300 до'1500 км. Продольная аргатура состояла из шести сте^пг-п диаметром 5 мм, класс стали Вр-П, поперечная арматура - спираль

из стали класса B-I диаметром 4 мм, иа с1г= 0,992.

В процессе испытания гибких гхшллексшх элементов проводились измерения деформация арматуры и полимербетона электротензо-метрическим методом, с . контролен показаний тензорезисторов и осуществления центрггровашя образцов индикаторами часового типа с ценой деления. 0,01 iß!.Прогибы опытных элементов измерялись при помощи ггрогибомеров, установленных в пяти сечениях по Еысоте обг разца', в двух взаимно перпендикулярннх плоскостях.

Из анализа графиков развития продольных и поперечных деформация msHo сделать вывод, что для элементов с к =20 и еыео наблюдается существенная неравномерность распределения деформаций по периметру сечения, что объясняется на только влияние и случайного эксцентриситета, но и гибкостью элемента. Деформации на более сгатой гран;; сечения в комент разрушения .прешили продельные деформации е не ,а у элементов КГЦ-120 (Х=41),

ху t С J*C 2 t С ГС

КГЦ-150 (X = 52) деформации на менее схлтой грани были меньше £„ и £ Напряжения в продольной арматуре,расположенной

4i, C ГО Ху * О ГС

у более сгэтой грани сечения, были близки к aQ '.

Анализ эпжр прогибов Г(у) указывает на то, что' очертание изогнутой оси элемента mosho описать синусоидой, по формуле

i(v) = f -sin SCV/l . ' - (19)

ю&х о

Кривизну синусоиды ыоаго определить по формуле

■Е2

~ -COS SV/1

*пах I2

О

Г 1 + i* -C002XV/1 ]J

L шах о J

к = - --2----- , (20)

с максимальным значешкм при v = 1/2

1: = Г -х2/12 . • (21)

тл ч* л * ** * '

Кривизну элемента моино такге определить через деформации наиболее и наименее см то Л грани элемента, принимая гипотезу плоских сечения по фор;,(у л о

к = -2--- . (22)

0

Из (21) и (22) получим выраве(ше для определения Г^го, для

уровня Ного соответствухэдего достигешоэ значения ег сг.о

(г. -ст1п).12 .

^ = — ■-■ °-2- . .. (23)

сг0 0-х2

Оценка влияния гибкости оштшх элементов на их несудую способность проводилась по экспериментальным данным прогибов элементов определенным в момент наступления предельного

состояния (1). В результате обработки экспериментальных данных была получена зависимость для элементов с X до 50.

Г „ * 0,()00Э-\г , (24)

с го

•

Учет влияния X на Мсго осуществляется увеличением эксцентриситета на величину I . Следует отметить, что увеличение гибкости X центрально сватих комплексных элементов до 50 сказывается на уменьшение несущей способности комплексных элементов Мсгс в пределах (7 - 10).*. л

Четвертая глава содержит результаты испытаний опытных комплексных элементов при длительном действии нагрузки ^которые вклто-чали испытание полимерботонннх неармированннх призм с размерами 100x100x400 мм и комплексных элементов с поперечным сечетшм и

армированием аналогичными элементам с характеристиками приведенными в третьей главе.Высота элементов принималась равной 375 юл.

Перед проведением длительных испытаний определялись кратковременные физико-механические характеристики полимербетона и цементного бетона, кратковременная несущая способность комплексных элементов по методике, излокенной во второй главе.

На длительное действие нагрузки было.испытано по шесть ген лимербетонных призм и комплексных элементов. Образцы выдергивались под нагрузкой до полного прекращения процесса ползучести. Время деформирования зависело от уровня загрусення, так, длл кз-армированных призм при уровне нагрукеюш 0,6-Н , а для комплексных элементов 0,52-М оно составило около 12 месяцев и еще более года образцы находились под нагрузкой после прекращения процесса деформирования.

Определение коэффициентов длительного сопротивления полимврбетона и комплексных элементов производили построением структурной диаграммы А. 1!. Иванова.

В результате установлено, что для неариированяш -элементов значения коэффициента длительного сопротивления составляет 0,63-Ми, а значение сг0,полученного в соответствии с.условием (1), равно 0,72-М. Для комплексных элементов величины ¡Г1 и Г сгс получились соответственно равны 0,55 и 0,63, что согласуется с данными эксперимента.

В пятой глава приведены обобщенные результаты йкснвриг,'.витально-теоретических исследований в виде рекомендаций ло расчету и конструированию сгатых сталэполиыербетоших комплексных элементов' со спиральным армированием.

Расчет ствлеполимврбетонных элементов комплексного сечения , производится по несущей способности с учетом снижения механических характеристик полимербетона за счет.воздействия агрессивной

:cra,"'J по .формула'

i.

П '< JJ „ = 3 "Ш . (А . - А ) + П.-AJ-Sc, + а -А -к +

oro "а 11 рЬ, аса pb з Ь bj Т> а в а

л

к . -е }

+ «V V-aoir-"e.olr-0..oir-<1 - '

где Зс - силовой ларзыэтр, олраделяеюй. по формула

Зо * rltere-HBt) . (26)

здесь ¡I, Н , II - усилия'-от юздеПския соответственно' полных, кратковременных л длительных расчетных-нагру-sok, гл;

г, - коэффициент дательного сопротивления ко?ш-

i, oro

' локсного элемента ранний 0,63} R „ - определяется по формуле (7).

ро, с гс ,

Коэффициенты а . , к „ , к.,, !< определяются соответственно

САГ 01" U Й

по <*ярмулаи 11, 13, 17, 1 в.

Напрягения в спиральной ардзтуро о t по фор:гуло

О , « й . ■с11п , ■ (27)

а, с i г а, с i г ;?у т

гдэ е11га - определяете* по формула (4) яга (Б).

КУ

Ир! втоп слвдуо* учитывать, что гэлпчгага относительного стшвптриситета (o/D) спрздолясного с учетом всех'факторов,в той msexa пролгба элемента с гибкость» Х>14,из доягга превышать эна-чо!Е!я полученного по ¡5ор.!уло 14. В случае ношлолненйя условия (.14) необходимо лкбо увеличить диаметр элемента, либо на учитывать спиральное ар?я1ро1'ание в расчете.

В приложениях к диссертационной роботе приводится твхнико-вкономический анализ эффективности применения сталэполимербетон-

них комплексных колонн,а такзо ютвркш! о шеяривй результатов настоящей работы.

0С1ШШ РЕЗУЛЬТАТЫ, И ШЕЩН ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. На осною розультатоп прогадзнних исследования разработана Расчетная кйтодша, кооголдндчя {«эть задачи ко рлсчвту и щооктирошшш сталеполии^рЗетопаих комплексна.:!. а.кл^нтои при шшцоотроют сютнн к гибких шжяекснах олошпов с А. < 50 при осегоя сютш.

2. В результате прошдонных «ссдэдоьакиЛ получена щудодыш поперечная деформация полнг»рбе-тона соотютстиущзя началу интенсивного кп;и1от;о;о!нообразосаш;я, которув ирздго-гшю использошть в клчесгЕз критерия яра оаэдделеиш дельного состояния стаздп&сдорбстогдого комплексного оло~ канта. Оярсдедзко соиротшизшз подкузрбс-тош осевому скзпю

И ь сго , При ДОСТИГШИ ПРЗШТОГО ПрЗДЗЛЬКОГО С0СТ0Я!ЕШ,»Ш-ходгдееся в продолах (0,74 - 0,1.') - Г. и-

3. Выявлен эффокт логигокия тсутай с!1особности сталеподиизрбо-тонных комплексных ' элементов за счет щшшеняя спиральной

• арготури. .ПрсводзншШ £йеверсюк;5:хЛ и' регрессионный анализ ыкспернулнталыпм донных ссжазад значкность влняшп ц к и с11'0 на кор^инигит оНоктпвпости бокового давления а , к

ху ". 1 г с 1 г

поэгодил подучить ьмщ.нческуп ззшшшсть. а от принятых '¿акторов, В исследуекэм диапазоне шршрокния факторов а изменяется от 3,4 до 3,9.

А. Выявлено, что сувеличенном отноиггедьного эксцентриситета прилокония нагрузки от О до 0,363-0 эффективность бокового давления, создаваемого спиральной арматурой,падает. При достижении относительного эксцентриситета (еЛ>) значения, ощв-

дол-дцюго по íop^'/'o (l-i) оф*'»ет спирт« ноя орттуги в охо-ííoutsx koüiu.oixaoro сечения но проявддотся. 5. Пслучеш» зашмидасти.коэголякзю oiisinm*. степень использола-)п:я прочностннх хпрэктвргетигс-г^дгии^атоги, бетона и ара-тут« при лршжекки игекнеа cnsisice.l нагрузки с относитоль-н:;м ошюктриситетом (o/D) < 0,4. а. Ксс^одоюшш показали, что при расчете гибких сталеполимер-бзтошшх комплексных олекентов с X <.БО, скатых со случаЛкми эксиоитрйситетои, необходимо учитывать влияние прогибов на несущуэ способность оленеата Н . Уволнчоиив гибкости ялв-кэнта X до 50 сказывается на удаиданюэ Я п продолах (7 -10)'*. Получена |*<ор-/улз длл учета гибкости при ¡всчото ке.чп-хешшх элементов. 7. Прошдоннк!? окспоргхенталмшэ ксслдоглшм показали, 'что лтодаля песугдп способность иояп-эрботогашх элементов, •три себлпд«ш«.и ус.ток'Я (1) соетовлшт 0,72-Í1. Дятишия necvcvi способность и, штгак&тк сталополиме(бетонных

1 , ОГО

одегантов составляет 0.S3-U

'ого •

íxucbisffi гтлшш доспрмшн сшшковмш

в сттш РАШГАХ

1. Ига.чоя Л.П., Iöntynsil a.b., 'Лгчиоп sd.b. Полшорбетошшо с'гзтш элементы тйшировзнного свчония // Применение пластмасс в строительств и городском хозяйстве: Теоиси'докладод- Республиканской коиЗврэидаи. Часть I.- Харысов: Х2ШКС, 1987,- с. 135-136.

2. Никулин A.B., Иганоп В;В.. Трубчзтш сталелоликврбетонные сваи длл пройолетюго строительства в агрессивных средах // Ев-лезобетоншм конструкции пониквшюй материалоемкости: Тозисы

- 24 -

докладов. - Вороне::, 1988. - С. 28-35.

3. Иванов Ю.В. ¡Сомплексные сезтиз вломонта на основе спи-ралыю а рлгро ванного подимзрбетона . // ПовыЕвшо долговечности сельскохозяйственных здшшЯ п сооруЕениЯ: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической ютфзронции.-- Челябинск, 1930.-0.60-61.

4. Иванов Ю.В. Песуцоя способность коцгшзксннх сталаполл-кэрбетошшх ссатых олоюнтов // {¿дторшлы научно-толаческой конференции посеясзмюЯ СО-.та Г! э ВИСИ.'- Воронег, 1991. - С. 53.

5. Иваноз Ю.В. Сезтыэ с та лопала :з рбе тогп то элоглонты 1:эш-локсного погмрочнэго сэчения // Пр:шзкеш:з пластмасс в строительство и городской хозяйства: Тезисы докладов III Республ^ясан-ской научно-тех}01чеС1ЮЯ конференции.- Харьков, 1991. - С. 80-81.

6. Иванов Ю.В. Коглшшсныэ схатиэ элемента на основа стара льно армированного похкорботоил. - В сб.: Эф&ктивнав композиты, конструкции и технологии. Воронег, ВИСИ,1991, С. 103-112.

, , < • ИВАНОВ Юрий Викторович . /

. /

Иосуцая способность сталеполимербетонных коишексних сгатых элементов

05.23.01_ - Строительные конструкции, здания и еооругения

Лицензия..Р Г20^50 от Гя*.0Э. 1992. Подписало в пйать

Фор,ат 60x90 1/16. Объем 1 п.л.. 5зказ Я/Cß. Тира« 100 экз.

Отпечатано на ротапринте Воронежской' архитектурно-строительной академии. г. Воронег, ул. 20 легия Октября, 84. ■