автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность бетонных и железобетонных элементов при местном приложении сжимающей нагрузки

ПОЛАВС]Ш ШЖЕНВШО-СТРОйТЕЛНИ!? ИЙ7ГИТГТ

Кб ОД

.'. • На правах рукописи

ДОВЖЕНКО Оксана Александровна

Ш 624.046:539.4:624.012.4

ИРОЧКХЗТЬ ЕБТОННЫХ И ШЩОШСНШХ ЗШШТОВ ПРИ МЕСТНОМ ПРШОШШИ СШМАЮШЕЙ НАГРУЗКИ

Социальность 05.23.01 г строительные конструкции,

здания я сооружения

Д В Т О Р В§ Б Р А 1

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Полтава - 1553

' Рй'Сота выполнена в Полтавском инкейёрно-строительномг институте

Научней,руководитель - кандидат технических наук,

доцент В. П. Митрофанов . Официальное оппоненты - доктор технических наук,

профессор А;П;Крйчевский - кандидат технических наук, доцент А.Н.Шаповалов

Ведущая организация: Харьковский ПромстроЯНйИлрое

Защита состоится "¿^у-г'исЛ^ЛА г993 г. в часов иа заседании специализированного совета

К 066.46.01 "Строительные конструкции, здания и сооружения" при Полтавском инженерно-строительном институте по адресу: 314601, г. Полтава, проспект Первомайский, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институт!

Отзывы на автореферат просим присылать на"имя ученого секретаря в двух экземплярах, заверенные печатью.

Автореферат разослан " ^ " 993 г.

Ученая секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент

ОБШ X АР АКТ ЕРИСТ ККА РАБОТЫ

Актуальность работы. 3 прз::тике строительства сироко распространены бетонниэ и ¡кэлозоботоинне. конструкции и их элементы, нспитивасдно действие мости глгрузог. - локального сжатия (стыки колонн; тории птодварятельно напряженных конструкция при отпуске арматуры; горизонтальные стиковие соединения панелей нзрууннх стен и перекрытий; стеки к опоры мостов в местах опирания балок, прогонов, перемычек) и продзвлмззнкя ( плить. фундаментов к пзрекратия, оболочки ), Одним из резервов скиг:еккг. материалоемкости, энергоемкости, трудозатрат к стоимости указанных элементов язлкзтоя совершенствование методов их расчета.

Согласно дэйствуоким СНяП 2.03.01-Е&Х и СКиП 2.05.03-84 расчет элементов на смятие производится по энпирячесг.02 зависимости, в которой за опрздзляч«гщй фактор принимается отнесение так називеекой "расчетной" площади А Со.г к пхоцзди снятия/!^/. Однако величина Дессг является условной, поскольку она не имеет достаточно четкого определения, позволяете го находить ее. При этом норки не- давт общих рекомендация по определенно Д&сг , а со дерзят сведения по назначения "расчетной" площади для ограниченного перечня случаев смятия.

Характер рэзруиэния образцов при одностороннем и двустороннем центральном смятии свидетельствует об образовании вертикальных трещин отрыва ( раскалывания ), частично перэсекасетх элемент по высоте /ь , что указывает на необходимость учета в этих случаях сопротивления бетона растяжение на части высоты Л. и влияния на пр£чность отноиения . Таким образом, параметр

4&гу^йг/ не всегда является определявшим фактором прочности пря смятии.

Поверхность разрушения при смятии-раскалывании состоит из участков сдвига и отрава, в пределах'которых характер рзботы арматуры существенно отличается. По существующей же нормативной методике влияние сетчатой арматуры учитывается с ггомощье эмпирических зависимостей одинаково в зоне и сдвига и отрыза - посредством коэффициента косвенного армирования и сопротивления врнсту-ры растяжение. Однако, арматура, расположенная в зоне сдвиге испытывает, кроме растяжения, изгиб, влиянием которого СНиП пренебрегает. Последнее кокет служить причиной отмеченного в некоторых работах существенного расхождения теоретической прочности по СНиП с опытной для армированных образцов. Кроме того, норма-

тивгая методика базируется на данных, полученных при исследовании объемного напряженного состояния, хотя в случае плоских элементов, работа арматуры в их плоскости отличается от работы стержней в перпендикулярном направлении.

Источником отмеченных выше недостатков нормативного расчета прочности на-местное сжатие является то, что он не основывается на рассмотрении предельного напряженно-деформированного состояния.

Поскольку, при местном приложении нагрузки в элементах возникает сложное напряженно-деформированное состояние ( НЛС ), при котором, как известно, предельное состояние бетона определяется дзумя фундаментальными характеристиками прочности и , то счеЕидно, и при продавливании прочность зависит от обеих этих величин. Однако деяствувиие нормы не учитывают влияния величина /?й на прочность при продавливании. Кроме того в этих расчетах пренебрегается зависимостью прочности от количества-продольной арматуры плиты. Следует отметить недостаточное число экспериментальных исследований продавливания плит эксцентрично приложенной нагрузкой.

Преобладаний в настоящее время эмпирический путь получения зависимостей для расчета прочности при сложных НДС требует на свою реализацию значительных затрат труда, материалов и энергии. Этот путь не всегда позволяет выявить все определяющие факторы, влияющие на прочность конструкций. Получаемые формулы являются частными с ограниченной условиями эксперимента областью применения, которая не всегда четко определена. Альтернативным путем решения задач прочности при сложных НЛС является использование достаточно общей теории, позволявшей отразить важнейиие свойства бетона и учесть основные факторы.

Е связи с изложенным выше изучение НДС и совершенствование методов расчета прочности элементов при местном действии нагрузки остается актуальной задачей.

Целью работы является совершенствование расчета прочности бетонных и железобетонных элементов, испытывающих действие местных сжимающих нагрузок, на основе вариационного метода теории идеальной пластичности бетона и экспериментальная проверка полученных теоретических решений.

■ А в тор защищает: -: - теоретические решения вариационным методом теории идевль-ной пластичности бетона задач по определениг предельной нагрузки

\ ■; . г

л одностороннем и двустороннем смятии бетонной пластинки и ку-при различных схемах расположения нагрузки, двустороннем смя-1 железобетонной пластинки, смятии бетона под поперечно нзгру-иным анкером, центральном и внецентренном продавливании плит;

■ - матод совместного опредаления характеристик прочности йена при осевом сжатии и растяжении изисштания'кубических зазцов на раскалывание ;

- методику и результаты экспериментальных исследования на-чжэнно-деформированного состояния плит при внецентренном про-вливании;

- методику и результаты экспериментов по исследование форм зрушения и сопротивления смятию при различных схемах рас полония сминающей нагрузки.

Научная новизна работы:

- предложена единая методика расчета прочности бетонных и лезобетонных элементов при местном приложении сжимакдай нзг-зки; ! _

- на основе вариационного метода теории идеальной пластич-сти бетона'получены решения задач по определению предельной, грузки при смятии плоских и массивных бетонных и жвлезоСетон-х элементов с различными схемами расположения нагрузки, а так-

при продавливании плиг центральной и внецентренной нагрузкой;

- впервые предложен метод одновременного определения харах-ристик прочности бетона при осевом сжатии R& и растяжении гд"из испытания кубических образцов на смятие- раскалывание.

Практическое значение работы.

Применение предложенного метода расчета предельной нагруз-I при смятии и продавливании приводит,к уточненным по сравнению действующими . нормами зависимостям, что позволяет более полно химизировать размеры элементов и их армирование.

■ Предлагаемый метод расчета прочности.бетонных и мелезобе-шннх элементов на смятие и продавливаниз является легко усвае-1емым проектировщиками и студентами и без трудностей реализу-шм на ПЭВМ. Этот метод достаточно общий, позволяет получить (оретическяе зависимости и для случаев нэ рассмотренных в нас-эящей работе.

Предлагаемая метод совместного определения прочностных ха- . ¡ктеристик бетона Rg и Ret из испытаний образцов на смятие-зскалывание снижает расход материалов, энергии и труда, при

контроле прочности бетона на заводах Ш1 и проведение . научно-исследовательских работ. *■

Получено положительное решение государственной патентной экспертизы Госпатента СССР С НИИГПЭ. г. Москва ) на предложенный "Способ определения прочностных характеристик бетона".

Результаты НИР использованы для разработки рабочих чертежей панелей наружных стен крупнопанельных зданий и фундаментов под колонны. Разработанные рекомендации по расчету прочности бетонных и железобетонных элементов при местном приложении нагрузки внедрены в государственных проектных институтах Горстройпроект и Укргипрогеолстрой (г. Полтава) и в проектно-изыскательском института Полтавагропроект.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы одобрени на 39-ЧЬ научных конференциях профессоров, преподавателей, научных сотрудников, аспирантов и студентов Полтавского инканзрно-строительного института ( г. Полтава, 1987-Е993 гг. ), на I Зсесовзном симпозиуме "Механика и физика разрукения композитных материалов и конструкций" ( Ужгород, 1588 г. ), на зональном семинар© "Повышение качества, надежности строительства и реконструкции зданий" Приволжского дома научно-технической пропаганды ( Пенза, 1989 г. ), на республиканской научно-технической конференции "Совершенствование юлазсбетонных конструкций, работавших на сложные виды деформаций, и их внедрение в строительную практику"( Полтава, 1990 г. ).

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, сзсти глав, общих выводов, списка использованных источников из 157 наименований и приложений. Общий объем работы 222 стр., в том числе 104 стр. машинописного текста, 60 рисунков 21 таблица.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности выполненных исследования, их научной новизне и практической ценности.

В первой, главе сделан обзор отечественной и 'зарубежной литературы по вопросам прочности элементов при действии мастной нагрузки - смятии и продавливании - и поставлены задачи настоящей работы.

К аасюяцаму временя проведано значительное количество экспериментальных исследования по определение прочности бетонных и жа-

ззобетонных элементов при воздействии местного сжатия, по изу-знив влияния различных факторов на их прочность и разработке эсчетных зависимостей, основывающихся на результатах экспери-знтов. Большой вклад в исследование проблемы внесли отечественно исследователи Е.М. Гладыпэв, В.Г. Донченко, A.C. Залесов, .Н. Зайцев, В.Г. Кваиа, С.М. Крылов, И.И. Мустафин, А.Б. Пирадов, .А. Рохлин, В.Н. Сахаров, A.B. Стврчевский, С.А. Семенцов, .В. Смирнов, E.G. Соколов, И. С. Ульбиева, Г.Д. Цискрели, .А. Червонобаба, М.М. Холмянский и др. Из зарубежных авторов зиболее известны Т. Ау, Еауиинге'р, Бах, Л. Барду, Герц, С. Граф, звгер, Х- Спит,. С. Нийоги, Хондрос и др.

Обзор литературы показал, что при расчете прочности расска?-1ваемнх элементов существует несколько подходов. Так, энпири-эский подход, легаций в основе СНиП 2.03.01-84*. предполагает эопорционадьность прочности при местном сезтии сопротивлении зтона осевому схатия и зависимость ее от отяосания "рас-гтной" площади к площади смятия.

Полуэмпирический подход включает несколько методик, каадая i которых использует целый ряд эмпирических коэффициентов:

- расчет прочности плоских бетонных элементов на основе нс->льзоввния условий прочности для плоского нзпряжзнно-деформи-)ванного состояния ( Л.Н. Зайцев, if.И^ Мустафин, С.Е. Смирнов др. ); . .

- использование метода предельного равновесия для ресения |дэч прочности элементов ( плоских и массивных ) на основе ие-¡низмв разрушения как преодоления сопротивления отраву и сдви-' ( С.М.. Крылов, Л.Н. Зайцев, И.С. Удьбиева, A.C. Залессв,

Б. СтарчевскиЯ, В.Н. Сахаров, М.М. ХолмянскиЯ и др.);

- карквсно-стержневая модель'( Б.С. Соколов и др. ).

Известен расчет прочности на основе методов теории упругос-

I. При этом прочность на смятие определена как Функция проч->сти бетона на растякЕНке и геометрических размеров образца и гампа ( H.H. Ахвердов, В.Г. Донченко, Г.Л. йириманов, Э. Бфлаумер и др. ).

В известных методиках обычно учитывается конкретные, причине решаемой задача условия. Выбор какого-либо из методов ¡счета для практического использования затруднителен вз только силу несовпадения количественных результатов, но и Евилу эиншпиальных различия в основных предпосылках известных msto-ib. Предпочтительно, чтобы методика расчета Сазирогадась на

общей основе. Такой основой по нашему мнении может быть вариационный метод теории идеальной пластичности бетона, разработанный в Полтавском ИСИ. Применение его требует анализа НДС конструкций и форм разрушения с учетом влияния основных параметров.

В исследование проблемы продавливания большой вклад внесли отечественные исследователи М.С- ЕоришавскиЯ, А.П. Васильев, ■ A.A. Гвоздев, В.Н. Голосов, A.C. Залесов, H.H. Коровин, И.В. Ступ-кин, А.Н. Тетиор и др.

Уточнению схем разрушения при продавливании железобетонных конструкций посвящены работа А.И. Королева, С.А. Ривкина, P.A. Рохлина, В.В. Чижевского и др. Работы М.М. Брайловского, H.H. Коровина, С.М. Крылова, Е.С. Лейтеса, М.М. Милейковского и др. направлены на исследование толстых плит.

Из зарубежных исследователей внесших значительный вклад в развитие расчетов железобетонных плит и конструкций на продавай- _ вание отмечаются Блейк, Герцог, Гийон, Енсен, Моэ, Таскер, Хогнестад, Зльстнер, Хольмберг, Уайт и др.

В расчетах на продавливание известны две трактовки механизма разрушения: I) как отрыва одновременно по всей поверхности пирамида продавливания; 2) как разрушения бетона скатой зоныплиты у конца ранее развивиейся пространственной трещины, выделявшей пирамилу продавливания.

Основными факторами, оказывающими влияние на прочность плит является прочность бетона', форма и размеры площадки заг$гкения, толщина плиты, пролет среза, количество продольной и поперечной арматуры, эксцентриситет продавливающей силы. Из указанных'факторов отечественными нормами не учитывается количество продольной арматуры и эксцентриситет силы.

Во второй главе изложены результаты теоретических исследований по расчету прочности элементов при действии местной нагрузки.

Среди различных методов решения задач механики твердого дэ-формируемого тела чаще более эффективными оказываются прямые вариационные ( энергетические ) метода. Сравнительно простой, приемлемый в практике метод расчета слоянонапряжзнных бетонных конструкция и их элементов разработан в Полтавском ИСИ.

Цля его разработки использовались следующие предпосылки.

I. К бетону в стадии разрушения применяется предпосылка об идеальной пластичности. Определяющим для применимости указанной предпосылки является условие одновременного существования

б

првдзльного состояния в более хрупких ( растянутых ) и более пластичных (сжатых ) зонах разрушения Сетона,

2. Принимается условие прочности бетона Г-А. Гениева,рассматриваемое как пластический потенциал

г + т<5>- и-О, (I)

где /77- - интенсивность ка-

сательных напряжений, (Э - среднее напряжение.

Связь скоростей деформаций с напряжениями (3¿j на-

ходится из ассоциированного закона пластического деформирования

^ -ЯдР/дбу ; (2)

- параметр, разный схорости объемной деформации.

3. Используется схема жестко-пластического тела и решения задач в разрывных функциях скоростей.

Функционал вариационного метода в разрывных функциях скоростей для трехосных напряженных состояния получается таким

Ят. сз)

В] - с I + % / а - % >2)/ з, х- Д&ь/Яб

^ Т/^ - задаваемые силы и скорости соответственно на

участхах ^ и \5у поверхности тела и Зу , - по-

верхность разрушения, ЛЗЛ., - разрывы ( скачки } нормаль-

ной и касательной к -5е составлявших скорости.

Для плоских напряязнных состояний первый член выражения (3) имеет вид

• 7е ф7 [2ВСШ5[аУМ УЬШ аз . (4)

Расчет выполняется в последовательности:

I) для рассматриваемого случая смятия, учитывая данные опытов или интуитивно, принимается кинематически возможная схема разрушения элемента, то есть принимается очертание поверхности разрушения ( разрыва скоростей ), разделяющей ранее целый элемент на полагаемые абсолютно жесткими части, совершающие в стадии разрушения взаимное движение с некоторыми скоростями. При этом вводятся геометрические параметры , определяющие поверхность разрушения и скорости движения частей элемента C/j ; принятая кинематически возможная схема разрушения элемента отоб-

рожает специфику НДС в стадии разрушения рассматриваемого^элемента или конструкции;

2) на поверхности разрушения Зе находятся разрывы ( скачки ) нор4альной и касательной к составлявших скорости, выражаемые через параметры ^ и ;

3) записывается функционал (3)-(4), который пологателон и на дзйствительном НДС достигает минимума равного нули;

4) находится зырзгзние р через параметры и отнопзние скоростей Ау- ^/Т1р . гдз ¿/^ - скорость точки прилокэ- ' ния нагрузки;

5) из условия ГТИп. определяется неизвестные ззличины

в / • по которым затем вычисляется продельная нагрузка.

На рис. I представлена структура задач, решаемых предлагаемым методом, на рис. 2. - кинематически возможные схемы раз ¿/тения для рассмотренных случаев смятия.

В жзлезобетонных образцах осуществляется раздельный учет работа арматуры распо'логзнной в пределах зон отрыва и сдвига. Арматура, располокэнная в зона сдвига рассматривается на основе разрзботакной в Полтавском ИСИ расчетной схемы продольной арматуры в зоне наклонной трещины,. использующей модель стержня на деформируемом основании, нагруаэ иного на конца продольной и подарочной силами*

При определении предельной нагрузки центрально продавливаемой шиты принимаемая кинематически возмоаная схема разрушения образца представлена на рис. 3, а. Используется поверхность разрушения с ломаной образующей, которая состоит из двух отрезков -верхнего, расположенного в скатой зоне бетона о углом наклона к вертикали ^ и .высотой ¿С и нижнего; наклоненного к горизонтали под углом оС , моделирующего трещину, образовавау-сся до стадии разрушения. Таким образом, образец разделен на две части: центральный диск I, переменяющийся со скоростью , относительно остальной части П образца.

Вырагвние предельной нагрузки имеет вид

где 5'Скк*вк)/А0 , ит--2(/1к+6к+2к0),%-х/Ао

г=йбь/Яб. г

Учет работы арматура, осуаествляется путем использования

ж

ш

□ö

üL

Ж

ry Т//У////; //,

я;

0

Л]

ж ^иш

7ГГ7ТГ77Г -7Г7-77ГГТ7 77; ' W л^Л1/ ЛУ л'/

по

ж.

0

смятие батона у конца поперечно нагружвнного анкерного стержня

Рио. I.

словил IX'O:

Щ-М-О. со

При решении задачи также вводятся упрощавшие допущения, ка-атщиеся проекции трещины, напряжений в бетонэ сжатой зоны и наложений в растянутой арматуре.

Расчетная схема для внедентренного продаэливания предстаз-:ана на рис. 3, б, где плоэадьс нагружения является не всё попз-ечное сечение колонны, а его часть CC«xflK . Величина ^к оп-еделчется по соответствующей стадии работы колонны.

Применение вариационного метода теории идеальной пластич-'ости позволило охватить единой методикой широкий класс задач :ри смятии и продааливании. Этот подход углубляет представление

предельном состоянии ( механизма разрушения) элементов, вскры-ает резервы прочности по сравнение со СНиГ1 за счет выявления эйствителькых факторов, определяющих прочность, представляет ольшие возможности дал оптимизации армирования, формы и разме-!Ов рассматриваемых бетонных и зшлезобетонних элементов.

зтретьея главе изложена методика проведенных :кспериментальных исследования. Программа эксперимента включала 'ря направления:

- испытания бетонных образцов на угловое смятие, на смятие :о смещением грузопередающеЯ плошадхи от обеих граней, смятие

■ продольного ребра с целью получения данных о характера разруше-1ия и величине прочности;

- испытание бетонных образцов, с целью проверки метода совестного определения прочности бетона на осевое сжатие и осевое за стяжение;

- испытание железобетонных плит на центральное и внецент-ренное процавливание с цельп получения данных о характере разру-аения и несущей способности.

Первое направление включает испытания образцов-кубов с размером ребра 150 и 200 мм и образцов-призм 200x200x800 мм из тяжелого бетона. Испытания производились в прессе ПГ—125. Нагрузка от плиты пресса передавалась через металлический штамп размером 50x50 мм, в части образцов для центрировки силы использовался шарик.

Второе направление экспериментов по проверке метода совместного определения J?g и Rat основывалось на решении задачи прочности бетонной пластинки при двухстороннем смятии-раскалывании,

:.I2

ри котором сопротивленисз смятию в общем Енде можно выразить ормулоа

де ф угол наклона поверхности среза к вертикали, К -

/ - отношение скоростей движения частей пластины з мо-знт разруиения, ©¿. = А. / С&с , - некоторая функция.

После определения из условия минимума напряжения Я в, Сое. эизвестных ^ и К и подстановки последних в (7) получается ормула предельного напряжения, которую можно выразить так

Я^КЪ, ХгоС). С8;

Испытание на двухстороннее смятие одинаковых образцов из од-ого и того жз бетона но при двух различных размерах шири ни яощадки смятия ¿¿осе «¿¿Ьс2 приведут к соответствующим величи-ам прочности на смятие /^а&с/ и/?<3йхг» которые согласно (8) арагаптся так

де с^^/7/Сеос^ с<2=/г./сеос2 • Очевидно зависимости (9) об-азуст систему уравнений для определения неизвестных Я в и % о заданным и О^г и измеренным в опитэ величинам

При разработке методики было необходимо выяснить оптимально размеры грузопередагцих пластинок, обеспечивающие должную её очность. Поэтому программа экспериментов включала 2 этапа: ) выбор оптимального соотношения размеров загружавших пластин; ) проверка точности метода при выбранных и •

На первом этапе испытывалось две группы образцов из батона дного состава, включающие~по три куба для определения сопротивле-ия смятию при различных размерах груз опере дэсщих пластинок -Йзс? .= 15, С&сг = 37,5, = 50 и € гос* = 75 мм.

роме названных образцов испытывались призмы на сжатие я растление для прямого определения прочностных характеристик бетона»

На втором этапе производились испытания пяти серий образцов, азличаюиихся составом и прочностью бетона ( в практически валом для применения диапазоне Я = 13. ..32.8 ИПа ). Каждая груп-а включала 15 образцов:

- три призмы 150x150x600 мм для испытания на осевое сжатие прямого определения характеристики бетона К в ;

- три призма ГООхГООхбОО мм для испытания на осавое растяжение и прямого определения характеристики бетона Ret I

- три стандартных куба для определения кубиковой прочности бетона л? ;

- три стандартных куба для определения прочности на смятие Ra, £ос{ при Сеж. у = 15 мм и три таких же куба для определен

ния fie,&K.í при €éoc 2 = 50 мм.

Третье направление экспериментов по испытанию железобетонных плит на продавливание в основном преследовало цель учета влияния на несущую способность величины эксцентриситета, силы. Предусматривалось изучение следующих вопросов: а) выявление характера разрушения плит и определения разрушающей нагрузки в зависимости от величины гкецентриситэта продавливающей силы; б) исследование влияния количества продольной арматуры на прочность плит.

Было изготовлено 8 опытных образцов, которые состояли из плитной части с размерами и части колонны сечением Т50х

200 мм высотой 380 мм с консолью. Плиты армировались сварными сетками из арматуры класса' АШ. Первая серия образцов предназначалась для изучения влияния величины эксцентриситета приложения продольной силы при постоянном армировании. Вторая - количества продольного армирования при постоянном эксцентриситете. Параметры опытных образцов приводятся в.таблице.

Деформации продольной арматуры и батона плиты у граней колонны осуществлялись автоматическим измерителем деформаций АЙД-4, который через коммутирующее устройство соединялся с датчиками сопротивления базой 20 мм.

Прогиби плат и осадки опор в двух взаимно перпендикулярных направлениях измерялись с помощью индикаторов часового типа.

Плиты испытывались на прессе ПГ-500.

Образцы опирались на контурные рамы через 10 мм слой це-ментно-песчанного раствора. Пролеты рамы обеспечивали свободное продзвливание плит.

В четвертой главе изложены результаты проведанных экспериментальных исследований.

Наблюдаемый в экспериментам . характер разрушения образцов подтвердил принятые в теоретических реиениях кинематически возможные схемы разрушения.

При угловом смятии и смятии со смещением от угла поверхность разрукения состояла из двух плоскостей среза, имеющих выход на

г,е-: Шифр рия образ ца

Размеры, ом

см

¿г- /г,

см : см

До

см

см

Арматура

плиты

Аи-Аа

2Г;""......

см : ¡Л км °

колонны

Таблица I

•.Прочностные характеристики ¡бетона плиты ¡арматуры плиты

см ¡МП ас МП а ¡ МПа ! МПа : МПв

Т: 2

4 : 5

: 7: 8:

:10 : II

12

¡13:14: • 15 : 16

17

18

Т ПП-1-Т 105 74.5 14.9 9.? 20 15'¿16 А-Ш 105 0.0202 2Й8 А-Ш 0 18 13.7

, ПП-Т-2 1 06.5 74.5 14.8 10.7 20 15 ¿16 А-Ш 105'0.0180 ?Аб А-Ш 5 1В 13.7

• ПП-Т-3 ТО? 75 14.7510.3 20 15 ¿16 А-Ш' 105 0.0180 2^25 А-Ш 10 18 13.7 ;

ПП-1-4 105.5 75 15 ЮЛ 20 15 ¿16 А-Ш 105 0.0190 3^25 А-Ш 15 18 13.7 -

2 ПП-2-1 Г Об 75 15 10.4 20 15 ¿14 А-1 105 0.0140 2^25 А-Ш 10 18 13.7

ПП-2-4 105 75 15 10.3 20 15 ¿14 А-Ш 105 0.0140 3^25 А-Ш 15 18 13.7

ПП-3-3 ЮЗ 75 15.3 10.2 20 15. ¿18 А-Ш 105 0.0240 ^¿25 А-Ш 10 18 13.7

ПП-3-4 Юб 75 15 ЮЛ 20 15 ¿18 А-Ш 105 0.0240 3¿25 А-Ш 15 18 13.7

1*51 435.6 662.3

1.51 '435.6 682.3

I

1.51 :435.6 682.3

1.51 435.6 682.3

1.51 457.2 710.2

1.51 457.2 710.2

1.51 411.8 621.6

1.51 411.8 621.8

свободные грани образца. Наблюдалось также разрушение по одной плоскости среза, связанное с неравномерностью передачи нагрузки и дефектами структуры в углах образца.

При смятии у продольного ребра образца-призмы разрушение псоисходило по поверхности сложной формы, которую можно представить тремя пересекающимися плоскостями. Разруоение начиналось с выкаливания лещадки у свободной грани призмы и в дальнейшем охватывало участки слева и справа от птампа.

При испытании образцов на двухстороннее смятие-раскалывание у штампов трещины сдвига выделили клинья уплотнения, концы которых позже соединялись вертикальной трещиной отрыва.

В методике совместного определения Яд и на основании данных опытов предлагается принимать ¡шрину груз опере дающих пластинок равными 15 и 50 мм при стандартных кубах.

Выполненные экспериментальные исследования гвлезобетонных плит на продавливание показали разрушение всех образцов по пирамиде продавливания, нижняя плоскость которой ограничена близким к прямоугольнику замкнутым контуром с закругленными углами. С увеличением эксцентриситета площадь нижней грани пирамида .уменьшалась, причем с трех сторон участки контурной треаины не изменяли свое положение,- перемещался линь участок трещины параллельный короткой стороне плиты и более, удаленный от точки приложения нагрузки. При центральном продавливании на верхней грани плиты образовывалась замкнутая трещина по периметру колонны. При наличии эксцентриситета вначале появлялась трещина у короткой грани колонны со 'стороны приложения нагрузки, затем - трещины вдоль длинных граней, которые не замыкались на стороне сечения колонны Ьк . Последнее подтверждало теоретическую предпосылку о том, что при внецентренном продавливании верхним основанием пирамида является не все поперечное сечение колонны, а некоторая его часть. Разрушение образцов носило плавный характер. Данные тензодатчиков показали, что по мере увеличения эксцентриситета предальные относительные деформации бетона плиты у грани колонны со стороны приложения нагрузки увеличивались с 160-10"^ для 60 =5 до 220-10"^ для в0 = 15 см, в то время как у противоположной грани деформации уменьшались с 110-10""' практически до нулевых значений и при во = 15 см изменяли знак. Характер деформаций арматуры согласуется с изменением формы и размеров нижней грани пирамиды продавливания. Арматура включается в работу при уровне

нагружзния 0.4 р ) Ftcet • При во =15 см отдельное стержни достигали состояния текучести.

В пятой глазе производился анализ сходимости теоретической прочности pULic с опытнойпо величине отношения

Лля плоских и массивных бетонных и железобетонных элементов с различным расположением сминасзей нагрузки, основанный на обработке данных 214 образцов он показал ОС. / fZ^t _ g^gg ... Т. 21 ( среднее 1.0 ) с коэффициентом вариации в пределах от 9.5 до 18 % ( среднее 13$ ), что сви детеяъствует о достаточное близости теоретической прочности к опытной и служит обоснованием применимости вариационного метода теории идеальной' пластичности бетона к решению рассмотренных типоз задач. Вместе с тем методика ^КиП 2.03.01-84*су:цеств9нно недооценивает прочность бетонных элементоз_при мастной нагрузке, приложенной на чзсти длины я пи-рины ' JZ = 0.6S, Cv = 31.9Й « несколько переоценивает прочность бетонных'и железобетонных элементов нагругвнных по всей сирине С соответственно JZ = 1.05, Су = U.bi'.CL = 1.25,

Cv = гъ.ь % ).

При проверке метода совместного определения сопротивления сжатию и растяжению результаты обработки данных испытанных образцов показали среднее отношение прочности на сжатие, полученной по предлагаемой методике к Rв . полученной из прямых испытаний равным 0.97 с Су =5%, соответственно для отношения

Rst /Rft - 5f = r.ü7. о Cv *

В иестой главе приведены данные о внедрении результатов исследований автора.

Предложенный "Способ определения прочностных характеристик батона", на который получета положительное решение Государственной патентной экспертизы, внедрен на Полтавском завода ЖЕИ Сбл-агростроя.

Разработанные "Рекомендации по расчету прочности бетонных и железобетонных элементов при местном приложении сжлмарщей нагрузки" внедрены в государственных, проектных институтах Г орет роя-проект и Укргипрогеолстрой, а также в проектно-изь-скательском институте Полтавзгропроект. Предложенные рекомендации позволяют усовериенсгвОЕать указанное расчеты и приводят к лучшей сходимости теоретической прочности с опит ной.

ОБЩИЕ вывода

1. Разработан метод расчета прочности бетонных и железобетонных элементов при смятии и продавливании на основе общего подхода, позволяющего решать круг практических задач, выходящих за рамки случаев, рассмотренных в СНиП 2.03.01-84* .

2. Внеине хрупкое разрушение бетонных элементов, происходя- , аее при небольших общих деформациях, не является свидетельством неприменимости предпосылки об идеальной пластичности бетона. Определяющим для применимости указанной предпосылки является условие одновременного существования предельного состояния в более хрупких ( растянутых ) и более пластичных ( сжатых ) зонах разру-аения бетона. Условие применимости предпосылки об идеальной пластичности бетона соблюдается, если уровень напряжзний в более пластичных зонах опережает уровень в более хрупких. Подтверждено условие применимости предпосылки об идеальной пластичности бетона.

3. На основе вариационного метода теории идеальной пластичности бетона с применением разрывных функций скоростей получены решения задач прочности при смятии плоских и массивных бетонных и железобетонных элементов при различном положении нагрузки. Полученные зависимости является более точными по-сравнению с нормативными за счет учета действительного напряаенно-деформирован-ного состояния в каждом конкретном случае смятия. Этот учет осу-дествляется посредством соответствующей кинематической схемы разрушения, отображающей специфику каждой конкретной задачи и введением в-расчет ряда факторов : отношения оС = /ъ , сил трения межгр поверхностью образца и грузовой плоскостью, влиянием которых СНиП пренебрегает.

Учитывается различны!} характер работы арматуры, расположенной в пределах зон сдвига и отрыва бетона элементов при смятии. Предлагаемая методика позволяет, в отличие от норм, учитывать восприятие арматурой не только осевых, но и поперечных усилия.

5. Подтверждена расчетная схема железобетонной плиты, учи-тывагаая развитие пространственной трещины отрыва пирамиды про-даглизания, предшествующее разрушению бетона сжатой зоны у контура плояадки приложения продавливающей силы.

5. Предложенной расчет прочности на продавливакие железобз-тонных плит, в стлк ;ие от ГНиП 2.03.01-?4*" .учитывает обе характеристики прочности бетона -и Rst , влияние количества про-

дольной арматуры и эксцентриситета, продавливающей силы.

7. Теоретическая прочность бетонных и железобетонных элементов при смятии и продавливании, найденная по предлагаемой методике достаточно хорошо сходится с опытной прочностью. Предлагаемая методика, благодаря простоте расчета и наглядности схем разрушения, нетрудно усваевается проектировщиками и студентами, легко реализуется на ПЭВМ.

8. Предложен метод совместного определения характеристик прочности бетона на сжатие ßg и растяжение Явг из испытаний стандартных кубов на смятие-раскалывание, позволяющий снизить затраты труда,.материалов и энергии при контроле качества бетона на заводах ЕЕИ и проведении научно-исследовательских работ.

Основные положения диссертации опубликованы в следутоих работах:

1. Митрофанов В.П., Довженко O.A. Определение предельной нагрузки вариационными методами теории идеальной пластичности железобетона // Механика и физика разрушения композитных материалов и конструкций: Тезисы докладов I Всесоюзного симпозиума 21-23 сентября. - Ужгород, 1985. - С. 58-5S.

2. Митрофанов В.П., Довженко O.A. Прочность наклонных сечений изгибаемых железобетонных-элементов группы армирования А // Еетон и железобетон - расурсо и энергосберегающие конструкции и технология: Материалы к X Всесоюзной конференции по бетону и железобетону, Казань, октябрь 1968. - К.: НИ1СК Госстроя СССР, Украинское республиканское правление НТО, 1988. - С. 164-189.

3. Митрофанов Б.П., Погребной В,В., Довженко O.A. Расчет некоторых бетонных элементов при срезе со сжатием вариационным методом // Республиканская научно-техническая конференция. "Совершенствование бетонных конструкций, работающих на сложные виды деформаций и их внедрение б строительнув практику" : Тезисы докладов. - Полтава, 1989. - С. 132-133.

Митрофанов В.П., Погребной В.В., Довженко O.A. Повышение надежности бетонных и железобетонных элементов и конструкций при срезе и продавливании путем совершенствования расчета прочности ,'/ Повышение качества, надежности строительства и реконструкции: Тезисы докладов к зональному семинару 23-24 карта I9S9. -Пенза: ПДОТП. ШТИ. I9S9. - С. 45-46.

5. Митрофанов В.П., Довженко O.A. Определение сопротивления сжатию и рэтяжению из испытаний образцов на раскалывание // Те-

зисы докладов 42 научной конференции профессоров, преподавателей, нзучных сотрудников, аспирантов и студзнтов института, - Полтава: ПЮИ.Крзкекчугокий дом науки и техники, 1990. - 3. 125.

5. Митрофанов В.П., Бовкенко 0./,. Развитие деформационной анизотропии бетона npü сжатии // Бетон и железобетон. - 1991. -к 10. - Г. ?-П.

7. Митрофанов Б.П., Довженко O.A. 0 применимости г. бетону предпосылки ой идеальной пластичности //Тезиси докладов 43 научной конференции профессоров, преподавателей, научних сотрудников, эспирнтов к студентов института. - Полтава: ШСИ, 1953. -С. 243-244.

8. Митрофаков В.П., Довженко O.A. Совераенствование расчета прочности бетенньк и кзлззобэтонных злзыантов на местное сжатие // Пути повышения эффективности строительства: Тематический сборник научных трудов, - К. : 1С КО, 1993. - 0.47-56.

cj