автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность, деформативность и трещиностойкость торкретсталефибробетонных покрытий железобетонных балок

КИЇВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ , г- ~ л -.БУДІВНИЦТВАІ АРХІТЕКТУРИ

, і О V . і

- 8 МАЙ К-;7

На правах рукопису

КРИЧЕВСЬКИЙ Сергій Олександрович

МІЦНІСТЬ, ДЕФОРМАТИВНІСТЬ ТА ТРІЩИНОСТІЙКІС1Ь ТОРКРЕТСТАПЕФІБРОБЕТОННИХ ЛОКРИТТЬ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ БАЛОК

Спеціальність 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі залізобетонних та кам'яних конструкцій Київського державного технічного університету будівництва і архітектури.

Науковий керівник -

доктор технічних наук, професор Барашиков Арнольд Якович

Офіційні опоненти -

доктор технічних наук, Професор ІІІагін Олександр Львович

кандидат технічних наук, доцент Доброхлоп Микола Іванович

Провідна організація - Науково - дослідний і

проектний інститут промислового будівництва (ПромбудНДІпроект) Корпорації"Укрбуд"

М. Донецьк

Захист відбудеться " -і8" 1997 р. о 13 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01.18.05 Київського державного технічного університету будівництва і архітектури за адресою: 252037, м. Київ, Повітрофлотський пр., 31.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського державного технічного університету будівництва і архітектури за адресою: 252037, м. Київ, Повітрофлотський пр., 31.

Автореферат розісланий 1997 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

В.Г. Кобієв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Актуальність теми І ступінь дослідженності тематики дисертації. Торкретсталефібробетон - композитний будівельний матеріал, який складається із бетонної матриці оптимальної гранулометрії, дисперсно армованої за всім об’ємі стальними волокнами (фібрами) і укладений о конструкцію методом торкретування.

Перспектива застосування торкретсталефібробетону як ефективного матеріалу, для ремонту і підсилення залізобетонних конструкцій є актуальною особливо в Україні. Це обумовлено, з одного боку, значним зношенням, механічними і корозійними пошкодженнями дуже великої кількості залізобетонних конструкцій промислових будівель і споруд, які мають місце в даний час, а з іншого боку, очевидними перевагами сталефібробетону, нанесеного методом торкретування. .

У роботі розглядається вплив на основні міцностні і деформативні характеристики торкретсталефібробетону вмісту в ньому ефективних типів сталевих фібр із дроту, а також вплив торкретсталефібробетонного покриття на жорсткість, міцність і тріщиностійкість залізобетонних балок. Ці результати і розроблені на їхній основі рекомендації у поєднанні з технологією торкретування сталефібробетону створюють необхідні передумови для впровадження торкретсталефібробетону як ефективного матеріалу для підсилення залізобетонних конструкцій.

Мота і основні завдання наукового дослідження полягають в визначенні основних фізико-механічних властивостей сталефібробетону, нанесенного методом торкретування, і вивчення міцності, деформацій і тріщиностійкості сталефібробетонних покриттів, які застосовуються для підсилення залізобетонних балок, а також розробка на цій основі рекомендацій з нормування основних властивостей торкретсталефібробетону і методів розрахунку підсилення залізобетонних балок торкретсталефібробетоном.

Методи досліджень. Об'єктом досліджень були стандартні зразки, виготовлені з торкретсталефібробетону, а також залізобетонні балки, підсилені торкретсталефібробетоном, з застосуванням різних типів підсилення.. '

У дослідженнях використувалась методика визначення основних фізико-механічних властивостей сталефібробетону, яка враховує особливості виготовлення зразків методом торкретування і дозволяє визначити опір сталефібробетону на низхідній гілці

діаграми деформування матеріалу, а також методику дослідження міцності, деформацій і тріщиностійкість торкретсталефібробетонних покриттів, які застосовуються як підсилення залізобетонних балок.

Достовірність результатів розрахунків підтверджуються даними експериментальних досліджень, проведених з використанням сучасної вимірювальної техніки і методів статистичної обробки експериментальних даних.

Особистий внесок дисертанта у розробку наукових результатів поляг ає в наступному:

-розроблена методика визначення властивостей торкретстапе-фібробетону з урахуванням особливостей виготовлення зразків, яка дозволяє одержувати повну діаграму деформування матеріалу;

- експериментально досліджені міцність, деформації і тріщиностійкість торкретсталефібробетонних покриттів і особливості їхньої роботи у складі комплексних згинальних елементів, які складаються із балок, підсиленних торкретстапефібробетоном;

- запропоновано методику розрахункового визначення міцнос-них і деформативних характеристик торкретсталефібробетону, включаючи оптимізацію армування сталефібробетону;

- розроблені рекомендації з розрахунку міцності, деформацій і тріщиностійкості згинальних елементів, які складаються із залізобетонних балок, підсилених торкретстапефібробетонними покриттями різних типів.

Обгрунтування теоретичної і практичної цінності досліджень та їхньої наукової новини. Наукова новина та теоретичне значення результатів роботи полягають у наступному:

- експериментально встановлена ефективність впливу основних типів фібр на опір сталефібробетону розтягу і відповідні їм деформації;

- експериментально встановлене найбільш ефективне армування сталефібробетону з раціонально підібраної суміші сталевих фібр, яка дозволяє збільшити опір сталефібробетону розтягу в 2,4 рази у порівнянні з аналогичними параметрами бетону;

- розроблена методика визначення опору сталефібробетону розтягу в момент утворення тріщин, в стадії експлуатації при наявності тріщин у розтянутій зоні елемента, і в стадіі'руйнування;

. - експериментально досліджено вплив фібрового армування на

міцність і деформації сталефібробетону при стиску і розроблено рекомендації, які враховують вплив цього армування;

, - експериментально встановлена висока ефективність підсиле-

з

ння залізобетонних балок торкретстапефібробетонним покриттям для збільшення їхньої жорсткості і тріщиностійкості і дещо меньша ефективність підсилення - для збільшення їхньої міцності;

- розроблені рекомендації з розрахунку по визначенню моменту тріїциноутворення в сталефібробетонному покритті залізобетонних балок і по розрахунку міцності і деформацій комплексних згинальних елементів, які складаються із залізобетонних балок, підсилених сталефібробетонним покриттям;

Практична цінність дисертаційної роботи полягає в тому, що наведені експериментальні дослідження і розроблені на їхній основі рекомендації дозволяють застосувати торкретсталефібробетон при підсиленні і ремонті залізобетонних конструкцій промислових і цивільних будівель та споруд.

Рівень реалізації, впровадження наукових розробок. Запропоновані рекомендації дозволили впровадити даний спосіб підсилення при підсиленні і ремонті перекриттів силосних корпусів на

4 коксохімичних заводах Донецької і Луганської областей, які були виконані українсько-германським СП "Стакон".

Апробація роботи. Основні положення дисертації представлені і обговорені на конференції Міжнародного комітету по промислових димових трубах. Тема конференції: "Будівництво димових труб з установкою сіркоочистки" тема доповіді: "Температурні ефекти в залізобетонних димових трубах і застосування сталефібробетонних покритть для підсилення стволов димових труб." (СІСІШ, Прага 1996 р.)

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 5 надрукованих роботах.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 4 глав, заключения, списку використованої літератури та містить 151 сторінку машинопісного тексту, у тому числі 104 сторінки основного тексту, 11 таблиць і 40 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ.

Перша глава дисертації містить в собі аналітичний огляд робіт, присвячених дослідженню фізико-механічних властивостей сталефібробетону та їх нормуванню, технології торкретсталв-фібробетону, методам контролю його якості, а також робіт, присвячених дослідженню напружено-деформованого стану і розробці методів розрахунку сталефібробетонних конструкцій і залізобетонних конструкцій, підсилених сталефібробетоном.

Вплив типу, кількості і орієнтації стальних волокон в об'ємі бетонно'і матриці, а також міцності (класу) бетонної матриці на міцностні і деформативні властивості сталефібробетону при стиску, розтягу і розтяіу при згині вивчали ряд дослідників у країнах СНД : Аболіньш Д.С., Арончик В.Б., Белозір В.В., Волков І.В., Вилегжанін В.Г., Гетун Г.В., Курбатов Л.Г., Рабінович Ф.М., Сунак О.Г., Холмянський М.М., а також у країнах Західної Європи, Японії і США: Болкей, Бортшеллер М., Винке Б., Хартвиг К., Джонсон С., Юрген-Хенінг К, Кобаяші К., Кренхел, Шнютген Б., Шорн X. Відзначено суттєвий вплив стальних фібр на зміну форми і розмірів діаграм деформування сталефібробетону при стиску і розтягу. Характерною особливістю графіків "навантаження - прогин", одержаних при випробовуванні сталефібробетону, є наявність низхідної гілки значної протяжності. Існуючі методики, які описують роботу сталефібробетону на різних етапах навантаження, основані, як правило, на розроблених раніше теоріях міцності бетону або композитних матеріалів. Серед відомих теорій можна виділити три напрямки: структурний (теорія механіки руйнувань - розроблена і розвинута Гриффітсом, Ромуальді, Батсоном, Кар, Полем, Кляйзером), статистичний (Вайбуль В., Андронов А.А., Аболіньш Дз.С., Грингауз М.Г., Фільтішинський Л.А.), феноменологічний (Гвоздев О.А., Мурашов В.І., Курбатов Л.Г., Рабинович Ф.Н., Хайдуков Г.К.).

Методики', основані на феноменологічному підході, дозволяють детально розглянути роботу сталефібробетону при згині, оцінити вплив виду, кількості фібри, міцності бетонної матриці та інших параметрів на розміри графіка "навантаження-прогин" і на значення опорів сталефібробетону розтягу.

Особливості роботи сталефібробетонних згинальних елементів у період утворення тріщин, в стадії експлуатації і руйнування досліджувались у роботах Хайдукова Г.К., Лисенка Є.Ф., Євсєєва Б.А., Курбатова Л., Волкова І.В., Рабиновича Ф.Н. та інших. На данний час у дослідників немає однієї думки про ступінь важливості різних факторів, які впливають на величину моменту утворення тріщин, ширину розкриття тріщин у стадії експлуатації і на деформативність сталефібробетонних конструкцій і конструкцій з комбінованим армуванням. .

Дослідженню ефективності застосування сталефібробетону для підсилення залізобетонних конструкцій присвячена обмежена кількість робіт (Лисенко Є.Ф., Гетун Г.В., Євсєєв Б.А.). Для розробки рекомендацій по розрохунку залізобетонних конструкцій, підсилених

торкретсталефібробетоном необхідно провести додаткові експериментальні дослідження.

В другій главі описана методика випробувань торкретстале-фібробетону і залізобетонних балок, підсилених торкрвтсталефібро-бетонним покриттям.

Розміри зразків для дослідження властивостей торкретстале-фібробетону вибрані таким чином, щоб властивості материалу, які визначені у процесі випробувань зразків, відповідали властивостям матеріалу у покритті. Було вивчено вплив матеріалу форм на формування структури сталефібробетонних зразків при його укладці.

Для досліджень було вибрано два типи стальних фібр, які мають різні конструктивні і технологічні характеристики. Перший тип (Ф-1) - стальні фібри із дроту хвилястої конфігурації довжиною Іг =28 мм, діаметром =0,3 мм (відношення ^ = 90). Другий тип

(Ф-2) - стальні фібри із дроту прямі ^ =12,5 мм, df = 0,41 мм (відношення ^ / сі} = ЗО). Кількість стальних фібр типу Ф-1, які вводяться у бетонну матрицю, в експериментах для різних серій становила 0,65%, 1% і 2% від об'єму бетону, а фібр типу Ф-2 - 1%, 2% і 4% від об'єму бетону.

Крім того, з метою оптимізації фібрового армування торкрет-сталефібробетону, досліджували властивості матеріалу, який містить в собі суміш стальних фібр двох типів - 1%(Ф-1)+ +1%(Ф-2)=2% і 1%(Ф-1)+3%(Ф-2) = 4% об'ємного армування бетонної матриці.

У зв'язку з тим, що при торкретуванні частина матеріалу відторгається від торкретованої поверхні, змінюється склад сталефібробетонної суміші, яка укладена на поверхню. Для визначення впливу відскоку на зміну складу вихідної сталефібробетонної суміші і відповідного коректування її складу були проведені додаткові дослідження, в яких визначали склад і кількість сталефібробетонної суміші, яка потрапила у відскок.

У відповідності з одержаними результатами був відкоректова-ний склад компонентів вихідної суміші.

Міцність, деформативність і тріщиностійкість торкретстале-фібробетонного покриття як конструкції підсилення досліджували на залізобетонних балках, підсилених шаром торкретсталефібробетону. Залізобетонні балки мали розміри 12x24x220 см, були армовані стержневою арматурою класу АІІІ. Було застосовано три варіанти підсилення залізобетонних балок. Частина балок до підсилення була навантажена до рівня приблизно 65% від руйнівного, тобто мали

7-пг

тріщини у розтягнутій зоні.

Випробування зразків на осьовий стиск, розтяг і розтяг при розколюванні проводили за стандартними методиками. При випробуванні призм на осьовий стиск виміряли поздовжні і поперечні деформації зразків.

Випробування балочок на згин для побудови графіка "навантаження - прогин" регулювали навантаженням, прикладеним до балочки, а величину приросту прогину зразків контролювали на кожному етапі. У процесі випробування залізобетонних балок, підсилених торкретсталефібробетонним покриттям, крім навантаження, яке прикладається до конструкції, виміряли деформації граней балки у зоні чистого згину, виІначали прогини балок у місцях прикладання навантажень, у середині прольоту і переміщення балок на опорах, визначали момент появи тріщин, а також стежили за зростанням і шириною розкриття нормальних тріщин. ' ■

Деформації граней балки у зоні чистого згину вимірювали за допомогою елекгротензодатчиків з базою 50 мм. На грані балок, які піддавались підсиленню, були попередньо наклеені датчики для вимірювання деформацій бетону під шаром торкресталефібро-бетону. Ці датчики для гідроізоляції були покриті шаром епоксидного клею. .

В третій главі наведені результати випробувань зразків із торкретсталефібробетону для визначення його міцностних і деформативних властивостей, а також рекомендації з розрахункового визначення і нормування відповідних характеристик стале-фібробетону.

За результатами випробувань торкретсталефібробетонних балочок на згин одержані залежності прогинів зразків від навантаження (рис. 1). Введення стальної фібри у бетонну матрицю сильно вплинуло на залежність "навантаження - прогин" для сталефібробетонних згинальних елементів - максимальне зусилля, в залежності від типу і кількості фібри, збільшилось на 30% - 140%, реалізувалась низсхідна гілка у 3+3,5 рази довша за довжину вихідної ділянки.

Характерною особливістю графіків "навантаження - прогин", одержаних при випробуванні сталефібробетону е наявність низхідної гілки значної протяжності.

Зміна форми і розмірів діаграм деформування бетонної матриці при введенні до неї стальних волокон пояснюється ефективною роботою стальних фібр при виникненні розтягуючих напружень. В

„ . ■ Прогин, х 10 ми 1 • І

• • ' • ' ‘ 1 ; • і . > 1

Рис. 1 Вплив типу і вмісту стальних фібр в торкретсталефібробетонГ на залежність "навантаження - прогин" при згині.'

Умовні позначення: і

■ ... і - фібра тип Ф-1: 0.3 х 30.0 ми •

.________- фібра тип Ф-2: 0.4 х 12 ммі , .

- суміш фібр: 2%=1% Ф-1+ 1% Ф-2 ...... 4%=>1% Ф-І+ 3% Ф-2

Рис. 2 Визначення параметричних точок за графіком . "навантаження - прогин". ,

період роботи матеріалу у напружній стадії стальні волокна, маючи більший модуль пружності в порівнянні з бетоном, сприймають значну частину навантаження, частково розвантажуючи бетонну матрицю. У період утворення і розкриття тріщин у бетоні, стальні фібри, які пересікають мікротріщину, стримують її ріст, сприяючи більш повному перерозподілу зусиль за всім об'ємом зразка або конструкції.

За одержаним графіком "навантаження - прогин" (рис,2) визначені опори торкретсталефіробетону в стадії утворення макро-тріщини (точка 1), у стадії експлуатації - робота сталефібробетонного згинального елемента з тріщинами у розтягнутій зоні (точка 2) і в стадії, близькій до руйнування сталефібробетонного згинального елемента (точка 3).

Встановлено вплив типу і кількості досліджуваних стальних фібр на значення опору торкретстапефібробетону розтягу у кожній із лічених стадій. Фібра типу Ф-1, яка має хорошу анкеруючу здатність, виявилась дуже ефективною при введенні до 1% об’ємного армування, що дозволяє збільшити опір стапефібробетону розтягу у точці 1 до 55%. Подальше збільшення вмісту цього типу виявилось малоефективним - збільшення вмісту фібри до 2% призводить до подальшого росту опору розтягу лише на 10%. Введення прямої фібри типу Ф-2, яка має слабку анкеровку у бетоні, практично не призводить до росту опору при вмісті фібри у матриці до 1% від об’єму. При подальшому введенні цього типу фібри опір стапефібробетону у точках 1, 2 і 3 збільшується приблизно на 24% на кожний процент додатково введеної фібри.

Опір стапефібробетону розтягу на низхідній гілці у точках 2 і З виявився достатньо високим і складає для всіх типів фібр і процентів армування 50-70% - для точки 2 і 30-50% для точки 3 у порівнянні з опором у точці 1.

Одним із найбільш ефективних способів оптимізації фібрового армування є використання "фібрового коктейлю" - раціонально підібраної суміші двох типів фібр, яка дозволяє при збереженні технологічності виготовлення і нанесення торкретсталефібробетон-ної суміші збільшити опір торкретсталефібробегону розтягу у точці 1 більш, ніж у 2 рази у порівнянні з міцністю бетону і відповідно підвищити опір сталефібробетону у точках 2 і 3. Завдяки цьому засібу армування з'являється можливість змінювати діаграмму деформування сталефібробетону у широкому діапазоні, одержувати необхідні задані властивості.

Встановлена функція впливу виду і кількості стальних волокон у бетонній матриці на опір торкретсталефібробетону розтягу у стадії утворення тріщин - точка 1, у стадії екслуатації - точка 2 і у стадії руйнування - точка 3. З урахуванням дослідів інших авторів запропоновані такі аналітичні залежності для функцій впливу досліджуваних типів фібри:

- для точки 1 :

РЛі,»г=Кьі,«/Р](^>«)=Кь1,*т,11+А,Чц/у-0,5)] ; (1)

Кгм.«=кьі,иг,Рі^»>іх)=К(,і 1+0>5-А,-КВ,*(ц^-і)] ; (2)

- для точки 2 :

іет2 ігт ^ пег ^2 МГу ’ (3)

«‘ІАг'^ВзЧріу-І )] ! (4)

- для точки 3:

(5)

!єг2~^Ьі, .'.г/~ ММЬ-І ) ] 1 (6)

Тут }і{у - об'ємний процент армування.

Д - коефіцієнти, які враховують ефект фібрового армування при малому вмісту стальних фібр в об'ємі бетону (до 1%) і які, головним чином, залежать від зчеплення стальних фібр з бетонною матрицею; В| - коефіцієнти, які враховують ефект фібрового армування при великому (більш 1%) вмісту стальних фібр в об'ємі бетону.

Співставлення нормативних значень опору сталефібробетону розтягу, визначених за формулами (1)-(6) і за результатами експериментів свідчать про їхню хорошу збіжність (рис.З).

Характер впливу виду і кількості стальних волокон на опір торкретсталефібробетону розтягу при згині зберігається при випробуванні торкретсталефібробетону на осьовий розтяг і при розколюванні.

Певної закономірності впливу типу і кількості волокон на межу міцності сталефібробетону при стиску в експериментах не установлено. При вмісту стальних фібр більше 1% об'єму бетону спостерігалось загальне підвищення міцності при стиску - на 25-35% у порівнянні з призмовою міцністю бетонной матриці,

Більше впливає введення стальних фібр на граничну деформативність торкретсталефібробетону при стиску. Для стале-фібробетону, армованого фібрами типу Ф-2, залежність граничних деформацій від кількості стальних фібр лінійна і при 4% армування граничні деформації стиску зросли на 29% у порівнянні з деформаціями бетону. Таке ж збільшення граничних деформацій

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

' Вміст стальних фібр в об'ємі бетону, %

Рис. і Співставлення нормованих значень опорів торкретсталэ^

фібробетону розтягу визначених за формулами: ________-1,2;

- 3,4; .. - 5,6 з результатами эксперимент.

Умовні позначення экспериментальных нормованих значень опорів: □ -фібратип Ф-1; о - фібра тип Ф-2;

д - суміш стальних фібр Ф-1 и Ф-2.

спостерігалось при введенні 1% фібр типу Ф-1. При подальшому насиченні бетонної матриці фібрами типу Ф-1 приріст граничних деформацій сповільнювався, і при вмісті стальних волокон типу Ф-1

- 2% об'єму бетону граничні деформації сталефібробетон у збільшувались на 41% у порівнянні з деформаціями бетону. Введення суміши стальних фібр призвело до подальшого росту граничних деформацій зразків, які при вмісті "фібрового коктейлю" 4% об'сму бетону перебільшили на 56% деформації бетонних зразків.

В четвертій главі наведені результати випробувань залізобетонних балок, підсилених торкретсталефібробетоном, а також рекомендації по розрахунку згинальних елементів комплексного перерізу за 1-й і ІІ-й групами граничних станів.

Для залізобетонної балки, підсиленої сталефібробетонною обоймою, момент утворення тріщин ‘у покритті перевищив у 2,1 рази момент утворення тріщин у залізобетонній балці-еталоні. Підсилення балки сталефібробетонною сорочкою, тобто нанесенням по трьох гранях залізобетонної балки торкретсталефібробетону, дозволило одержати момент утворення тріщин у покритті в 1,93 рази більше, ніж у балці -еталоні. Наявність тріщин у залізобетонній балці перед її

підсиленням торкретсталефібробетонним покриттям призвело до зменшення величини моменту утворення тріщин у покритті на 41,9% у порівнянні з аналогічною балкою без тріщин.

При підсиленні балки набетоншю момент утворення тріщин у покритті балки, яка мала тріщини до підсилення, перевищуе лише на 2,3% момент утворення тріщин у залізобетонній балці-етапоні.

Підсилення залізобетонної балки торкретсталефібробетоном сприяло стримуванню росту ширини розкриття тріщин. При однаковому значенні згинального моменту, рівного 11 кН м, ширина розкриття тріщин у балці, підсиленій сталефібробетоною обоймою, склала 0,05 мм, у балці, підсиленою сталефібробетонною сорочкою -

0,09 мм при ширині розкриття тріщин у балці-еталоні рівному

0,22 мм. Наявність тріщин у залізобетонних балках до їхнього підсилення суттє’во позначилось на збільшенні ширини розкриття тріщин в сталефібробетонному покритті. У балці, яка мала тріщини до підсилення, ширина розкриття тріщин збільшилась у 1,5 рази у порівнянні з балкою, яка не мала тріщин до підсилення.

Міцність залізобетонних балок в результаті їхнього підсилення торкретсталефібробетонним покриттям зростала. .Міцність балки, підсиленою сталефібробетонною обоймою, перевищила міцність залізобетонної балки - еталона на 41,3%, а балок, підсилених сталефібробетонною сорочкою - відповідно на 24,4% і 26,2%.

Аналіз напружено-деформованого стану балки, підсиленої торкретсталефібробетонним покриттям свідчить, що підсилення торкретсталефібробетоном розтягнутої зони балки поліпшує роботу конструкції завдяки здатності сталефібробетона сприймати розтягуючі зусілля після утворення в ньому тріщин. Підсилення стиснутої грані залізобетонної балки приводить до збільшення плеча внутрішньої пари сил, а внаслідок - до збільшення момента, який сприймає комплексний переріз.

При будуванні методики визначення момеНта тріщиноутворення в сталефібробетонному покритті залізобетонних балок за основу прийнята відповідна методика СНиП 2.03.01-84 і відповідні основні положення:

- переріз після деформації залишається плоским;

- напруження в сталефібробетоні та бетоні стиснутої зони визначається з урахуванням пружних деформацій сталефібробетона і бетона;

- напруження в сталефібробетоні роздягнутої зони розподілились рівномірно і рівні 5СГІ

- напруження в бетоні розтягнутої зони розподілились рівномірно і рівні 1іЬІі якщо умова (9) виконується та рівні нулю, якщо ця умова не виконується, або якщо в бетоні розтягнутої зони існували тріщини до підсилення балки сталефібробетоном.

Переріз залізобетоної балки зводять до еквівалентного стале-фібробетонного, використовуючи коефіцієнти відношення модулів напружності бетону і арматури до сталефібробетону - а. Внаслідку, момент утворення тріщин у торкретсталефібробетонному покритті визначається за формулою:

Мсгс=1^Ь1, (8)

Де Г^ы, «х. Кьі, 8ег - відповідно нормативне значення міцності сталефібробетону і бетону при розтягу; \Л/р| - момент опору комплексного перерізу балки зведеного до сталефібробетонного.

При розрахунку по утворенню тріщин у торкретсталефібробетонному покритті підсилення залізобетонних балок можливі два розрахункові випадки:

- тріщини у сталефібробетонному покритті утворюються одночасно з утворенням тріщин у підсиленой залізобетонній балці;

- тріщини у сталефібробетонному покритті утворюються, коли у підсилюваній залізобетонній балці тріщини вже є.

Умова, при якій в розтягнутому бетоні балки будуть відсутніми тріщини до появи тріщин у торкретсталефібробетонному покритті представлено так:

1+[1і,/(Ь-х)] £ 0,8.аь.Ши_ кг/Кы>5ег; (9)

де: Ь, х - геометрічні розміри перерізу; аь=ЕЬІЕ1 - коефіцієнт

відношення модулів пружності бетону до сталефібробетону.

При наявності тріщин у розтягнутій зоні бетону у момент утворення тріщин у покритті підсилення змінюються значення внутрішніх зусиль комплексного перерізу, прийняті при визначенні \Ур|. У відповідності до моделі роботи бетону з тріщинами у розтягнутій зоні були введбні коефіцієнти врахування роботи розтягнутого бетону на ділянках між тріщинами у* і неравномірності деформацій стиснутого бетону хуь.

При складенні умови, яка обмежує ширину розкриття тріщин у сталефібробетонному покритті для стадії експлуатації, керувались тим, що деформації, які виникають в торкретсталефібробетонном покритті залізобетонних балок і відповідні їм напруження не повинні перевищувати нормованого для стадії експлуатації сталефібро-бетона з тріщинами рівня:

М < Мн=К(ы, ^2ЛУр,2; (10)

де М - момент, який виникає в підсиленій торкретсталефібро-бетоном конструкції від дії зовнішнього навантаження в стадії эксплуатаций М*І - момент, який сприймає комплексний переріз^, з рівнем напружень у торкретсталефібробетонному покритті -(опір торкретсталефібробетону на розтяг у точці 2 (див. формули З, 4), якому відповідають деформації е'ы=70«10-5); \УР|2 - момент опору залізобетонної балки з тріщинами у розтягнутій зоні, підсиленої торкретсталефібробетонним покриттям. При визначенні \¥р|2 виникають слідуючі особливості:

- при визначенні модуля пружності бетона і сталефібробетона стиснутої зони уводиться коефіцієнт пружно-пластичних деформацій, який у відповідності до СНиП 2.03.01-81 для короткочасних навантажень приймається рівним 0,45;

- при визначенні модуля пружності сталефібробетона стиснутої зони уводиться коефіцієнт пружно-пластичних деформацій, який визначається для деформацій розтягу рівних е'ы=70«10-5 за формулою:

У(=Я'ы,*.г2-Ю1/(7.Ег). (11)

При визначенні кривизн і прогинів залізобетонних згинальних елементів, підсилених торкретсталефібробетоном, необхідно розрізняти два розрахункових випадки:

1. Визначення кривизн і прогинів згинальних елементів, працюючих без тріщин.

У цьому випадку кривизна осі визначається за формулою:

. 1/р = М/Е(Ігк1; (12)

де М - момент, .від зовнішнього навантаження (М<МСГС); -момент інерції комплексного перерізу, приведеного до еквівалентного сталефібробетонного.

2. Визначення кривизн і прогинів згинальних елементів, які мають тріщини у розтягнутій зоні залізобетонної балки та сталефібробетонного покриття. Для цього випадку кривизна комплексного перерізу визначається за формулою:

1/р = М/и^.^ь/^ЕКАп+АяНЕД^ЕьАьІ-ь

+ і/[уйе,(лв+кга0)+к1еа/ч»,]}; (із)

де 2] - плече внутрішньої пари сил, дорівнює відстані між рівнодіючими зусиль розтягнутої та стиснутої зони комплексного перерізу балки.

Висота стиснутої зони визначаєтся за інтерполяційною

формулою: .

Х=Х« + (ХСГС-Х»).(М»-М)/(М«-М,,С); (14)

де х^ - висота стиснутої зони, отримана для момента М'І за формулою (10); ХсГС - висота стиснутої зони, отримана для момента Мсгс за формулою (8).

Для розрахунку міцності комплексного перерізу прийняіа методика СНиП 2.03.01-84, у якій додатково ураховується робота сталефібробетона в стадії руйнування. Умова міцності для перерізу залізобетонної балки, яка підсилена торкретсталефібробетоном: M<RbA1)(h0-0,5x)+I^S£A,s(ho-a')+RfbAfl(lio+0,5x)+Rfi,Af2(ho-0,5x)--Rfbt,3Af3(0,5(Ii-x)-a)+Rf|)t3Af4(0,51ifia), (15).

де Rfbi3 - розрахункове значення' опіру торкретсталефібро-бетону у точці 3.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ І ПІДСУМКОВІ ВИСНОВКИ.

За результатами проведення комплексу експериментально-теоретичних досліджень в дисертації одержані такі основні висновки:

1. Розроблена методика визначення основних фізико-механічних властивостей, торкретсталефібробетону, яка дозволяє одержати діаграму деформування матеріалу, у тому числі на низхідній ділянці, і яка включає методику виготовлення дослідних зразків методом торкретування.

2. Експериментально встановлено вплив кількості і типу фібрового армування на залежність "навантаження - прогин" для торкретфібробетонних згинальних елементів. Зокрема, при введенні фібри до 4% об'ємного армування реалізувалась низхідна гілка у 3,5 рази більшої довжини, ніж довжина вихідної ділянки, а також суттєво зросла міцність сталефібробетону на розтяг.

3. Опір сталефібробетону розтягу при згині рекомендується визначати для трьох параметричних точок на кривій “навантаження-прогин", які відповідають появі тріщини у сталефібробетоні, роботі сталефібробетону з тріщинами у стадії експлуатації, роботі сталефібробетону у стадії, близькій до руйнування.

4. Експериментально установлені значення функцій впливу типу і кількості фібрового матеріалу армування на’опір сталефібробетону розтягу при згині і розроблені рекомендації по їх розрахунковому визначенню.

5. Установлена можливість оптимізації фібрового армування з метою одержання максимальної міцності на розтяг при збереженні

технологічності сталефібробетонної суміші і мінімальній витраті фібри.

6. Торкретсталефібробетонне покриття являє собою ефективний спосіб підсилення залізобетонних балок, який дозволяє збільшити їх жорсткість і тріщиностійкість більше, ніж у два рази, а також підвищити міцність залізобетонних балок, в середньому, на 35-40%. Найбільш ефективним способом підсилення залізобетонних балок є сталефібробетонна обойма.

7. Установлені два випадки розрахунку тріщиностійкості торкретсталефібробетонного покриття залізобетонних балок:

- тріщини в сталефібробетонному покритті утворюються одночасно з утворенням тріщин у залізобетонній балці;

- тріщини в сталефібробетонному покритті утворюються після утворення тріщин у залізобетонній балці.

Запропоновані формули до розрахунку за утворенням тріщин для обох випадків. Установлено умову, за якою тріщини у розтягнутому бетоні залізобетонної балки будуть відсутні до появи тріщин у сталефібробетонному покритті.

8. Для залізобетонних балок, підсилених сталефібробетонним

покриттям, які працюють з тріщинами в стадії експлуатації, необхідно обмежувати величину експлуатаційного згинального моменту. Наведена умова, яка обмежуе ширину розкриття тріщин в сталефібробетонному покритті і забезпечує його надійну роботу в стадії експлуатації. .

9. Розроблено способ розрахунку кривизн залізобетонних балок, підсилених торкретсталефібробетонним покриттям, для випадку відсутності тріщин у бетоні і сталефібробетонному покритті, для випадку наявності тріщин у бетоні і сталефібробетонному покритті, а також, коли бетон має тріщини, а в сталефібробетонному покритті тріщини відсутні.

10. Запропонована формула визначення міцності залізобетонних балок, підсилених торкретсталефібробетонним покриттям.

Основний зміст дисертації відображений а наступних публікаціях:

1. Krichevsky А.Р., Brizhaty О.Е., Korsun V.L.Krichevsky S.A. Temperature effects in reinforced concrete chimneys and the prospects of steeifibershotcrete application for the reinforcement of chimney shafts. CICIND REPORT, volume 12- № 1- March 1996, Switzerland, pp 41-46.

2. Барашиков А.Я., Кричевський С.О. Нормування міцностних властивостей торкретсталефібробетона. Збірник наукових праць ХІІКГ, Харьков, рос., 1м., 5с., 1997.

3. Кричевський С.О. Вибір оптимальних параметров армування торкретсталефібробетона. Збірник наукових праць ХІІКГ, Харьков, рос., 2м., 6с., 1997.

4. Кричевський С.О. Міцність і тріщиностійкість торкретстале-фібробетонних покритть. Збірник наукових праць ХІІКГ, Харьков, рос., 1м., 9с., 1997. .

5. Кричевський С.О. Міцність, деформативність та тріщиностійкість торкретсталефібробетону покриттів. Депонирований рукопис, 9с., 5м., рос., ДГАСА, Макіївка, 1996.

Krichevsky S.A. Strength, deformation and crackresistence of steelfibershortcrete covers of reinforced concrete beams. The thesis as a manuscript for the application of the Candidate of Technical Science academic degree on speciality 05.23:01 - Building constructions, buildings and structures, Kyiv State Technical University of Building and Architecture, Kyiv, 1997.

The recommendations for standardization of strength and strain properties of steelfibershortcrete have been worked out, and the calculation methods of strengthening of reinforced concrete beams with steelfibershortcrete cover have been also proposed. The offered methods have been used for strengthening of reinforced concrete beams with steelfibershortcrete cover.

Кричевский C.A. Прочность, деформативность и трещиностой-кость торкретстапефибробетонных покрытий железобетонных балок. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности - 05.23.01 строительные конструкции, здания и сооружения, Киевский государственный технический университет строительства и архитектуры, Киев, 1997.

Разработаны рекомендации по нормированию прочностных и деформативных свойств торкретсталефибробетона, а также предложены методы расчета усиления железобетонных балок торкрет-сталефибробетонным покрытием. Предложенные методики использованы при усилении железобетонных конструкций торкрет-сталефибробетонным покрытием.

Ключові слова: торкретсталефібробетонні покриття, підсилення, опір, параметричні точки, залежності, стадія, залізобетонні балки.