автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и деформативность железобетонных конструкций из мелкозернистого и малощебеночного бетона

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОЙ ГЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ.

Р Г Б ОД , ..

■ 2 о !;!9!) гВНП ч • ' •

На правах рукопнсн Пипш Владимир Александрович .

ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО И МАЛОЩЕБЕНОЧНОГО БЕТОНА

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции

здания и сооружения.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

ПЕНЗА 1995

Работа выполнена на кафедре- железобетонных и каменных конструкций Пензенского государственного архитектурно-строительного института:

Научный руководитель: - член корреспондент академии "'■.•■ РААСН, доктор технических цвук,

. профессор Т.И.Баранова

Сфгцйальные оппоненты: - доктор технических наук, про'" фессор А.С.Залвслв, ■•'.'■ проф.,канд...технических наук,

Калашников В.И.

Ведущее предприятие: - АО "Пензгрождашгроект" '

. . 1 оо

Защита состоится " 7 " толя 1995 г. в 1,14 " час. на заседании диссертационного совета К 064.73.01 в Пензенском государственном .. архитектурно-строительном институте по адресу: г.Пенза, ул.Г.Титова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного архитектурно-строительного института.

Автореферат разослан __" июня 1995 г.

Совет направляет Вам для ознакомления данный автореферат н просит. Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью, направлять по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Г.Титова,' 28, Пензенский государственный архитектурно-строительный Институт. '

Р

совета К 064.73.01,канд.техн.наук "........' ^ ' Ю. П.Скачков

Ученый оокретару диссертационного . у ( ,„ -

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы.'В условиях становления рыночной эко-мики развития строительной отрасли требует совместного и рмонического развития строительных материалов, конструкций, хнологии их изготовления и монтажа. Именно в этом направле-и разрабатывалась данная диссертация. В настоящее время

•оизводство железобетона в большинстве регионов, в т.ч. в

!

нзенском регионе не обеспечено крупным заполнителем из-за сутствия его природных запасов й высоких затрат на его •анспортировку. Одним из наиболее эффективных выходов из кого положения является внедрение мелкозернистого и малоще-ночного бетонов. Однако, указанные бетоны имеют ограпичен-ю область применения из-за малой изученности особенности их боты в конструкциях с различным характером напряженно-формированного состояния. В связи с этим изучение физико-ханических свойств указанных бетонов, характера их работы в иболее распространенных конструкциях таких как балки и сте-при совместном действии вертикальной и горизонтальной неузки с последующим совершенствованием методов их расчета ляется актуальной научной проблемой. Повсеместная потреб-сть обеспечить мобильность при выборе видов бетона придает сштабность и государственное значение актуальной теме.

Целью работы является совершенствование методов расчета очности и деформативности балок и стен из мелкозернистого к лощебеночного бетона.

Автор занимает:

- результаты экспериментальных исследований физико-да-нических свойств мелкозернистого и малощебеночного бетона.

■ - результаты экспериментальных исследований работы ба-• лок со средним ца = 0,9% и большим = 2,5% процентом армирования балок из мелкозернистого бетона;

- результаты экспериментальных исследований работы ба-- лок со средним = 0,9% и большим = 2,5% процентом армирования из малощебеночного бетона;

- результаты экспериментальных исследований работы стен из мелкозернистого бетона при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил при изменении вертикального усилия N = (0-1,0Жи, где Ни - разрушающая вертикальная сила;

- результаты ■ экспериментальных исследований работы стен из малощебеночного бетона при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил при изменении вертикального усилия N = (0-1,0 Ши, где Ии - разрушающая вертикальная сила;

- методику оценки прочности нормальных сечений, усилий образования нормальных трещин, ширины раскрытия нормальных трещин и величины прогибов балок из мелкозернистого и малощебеночного бетона на основе обобщенной расчетной модели;

- усовершенствованный нормативный метод расчета прочности стен из мелкозернистого и малощебеночного бетона при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил на основе методики расчета наклонных сечений СНиП 2.03.01-84;

- усовершенствованный метод расчета прочности стен из мелкозернистого и малощебеночного бетона при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил на основе расчетной каркасно-стержневой модели;

- предлагаемую методику определения усилий образования наклонных тшшин в бетоне стен из мвлкозагатастого -и мя.ппшяПй-

ночного Сетона при совместном действии вэртикалъшх и горизонтальных сил.

Научную новизну результатов работа составляют:

- новые данные о прочностных и формативных свойствах мелкозернистого м малощебеночного бетона;

- выявленный характер напряжешо-деформярованного сос-тояшш балок из мелкозернистого и тлотЬеночного. бвТопа;

- новые данные о характере развития нормальных трещин в балках из мелкозернистого и малощебеночиого бетона;

- характер влияния процента армирования на прочность и деформативность балок из мелкозернистого и малощебеночного бетона; .

- выявленный характер напряженно-деформированного состояния стен из мелкозернистого и малощебеночиого бетона при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил различ- • ного уровня; 4 ■

- - методика оценки,'прочности и; дефэрмативности балок из мелкозернистого и малощебеночиого бетона на основе обобщенной расчетной модели;

- усовершенствованный нормативный метод оценки прочное- • ти стен из мелкозернистого й малощебеночиого бетона при совместном действии вертикальных.и горизонтальных сил;.

- усовершенствований метод оценки прочности стен из мелкозернистого и малощебеночного бетона при совместном дей~/ ствии вертикальных й горизонтальных сил на основе каркасно-стержневой модели; - '

- предлагаемая методика определения усилий образавашя наклонных трещин в бетоне стен при совместном действии верти- .

' ' 4 - '

кальных и горизонтальных. сиЛ;'

Практикаскор значение диссертации заключается в совершенствовании методов расчета балок и стен, позволяющих расширить область применения мелкозернистого и малощебеночного бетона и.обеспечить мобильность замена . видов бетона в зависимости от экономической целесообразности и наличии строительных материалов.

Результаты работы внедрены, в проект Норм проектирования •бетонных и железобетонных конструкций нового поколения в НШШЗ. №. Результата диссертации использованы заводами Строй-• Деталь *! и ле, а также ДСН г. Пензы при изготовлении балок и стеновых панелей из МЗБ и МЩВ.

Апробация работы и публикации. Результаты работы многократно докладывались на международных, республиканских и мех-вузовских конференциях.

tío материалам диссертации опубликовано 7 печатных рёбот .•

Структура g объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 55 рис. и списка литературы из 80 наименований.-

• Работа выполнялась в Пензенском государственном архитектурно-строительном институте под руководством члена-корреспондента академии РААСН, доктора технических наук, профессора Барановой 'Г.И., кандидата технических'наук, доцента. Лаоькова H.H. и научных консультациях кандидата технических наук, профессора Макридина Н.И.

- Краткое содержание диссертации.

- 5 - ■' •

Созданию, исследованию и развитию мелкозернистого ИЗБ и малощебеночного Г,ПДБ бетонов свои- работы посвятили Баженов Ю.М., Бабкин Л.И., Беликов В.А., Бердэчевский Г.И., Вессмерт-' 1Шй Н.П., Выровой В.Н., Калашников В.И., Красный И.М., Маилян Р.Л.,', Макридин H.H., Малшпша Л.А., Митрофанов В.П:,Михайлов К.В., Мурашкин JT.B., Потапов Ю.Б..Ушэров-Маршак A.B..Хайдуков Г.К., Хвастунов В.Л. и др. . •

Наиболее значительными исследованиями конструкций -балок и стен из тяжелого бетона являются работы Ашкинадзе Г.Р., Барановой Т.И., Гуща Ю.П., Залвсова A.C., Измайлова Ü.B.. Ласькова H.H., Мартыновой Л.Д., Муленковой В.И., Мураш-кина Т.В., Потапова Ю.Б., Розенберг М.Я.., Соколова М.Е. , Соколова Б.С.и др. - '

Несмотря на то, что мэлкозернистый и малощебеночный бетон сравнительно молодой материал, технология изготовления этих бетонов фнзико-механичоские и доформативние свойства всесторонне исследованы в нашей стране и за рубежом. В конструкциях и изделиях из ЫЗБ и МЦБ расход цемента увеличивается в среднем в 1,3-1,4 раза по сравнению с тяжелим бетоном. Однако, общая стоимость изделий снижается в- 1,25-3,0 раза в результате отказа от дорогостоящего, транспортируемого'щебня, в также за счет низкой стоимости местного заполнителя- песка. В районах Западной Сибири и Дальнего Востока экономический эффект при замене тяжелого бетона на мелкозернистый увеличивается на порядок и более.

Анализ показывает, что в условиях развития рыночной' экономики переход от тяжелого к мелкозернистому бетону экономически выгоден как в масштабах страны,, так и в масштабах

- 6 - • • mi to i'их регионов. К примеру в Пензенском регионе стоимость 1 мэ щебня в 1 ,?Л раза' вша суммарной стоимости 1 т цемента н t мэ песка в ценах начала 1995 года. Отмечается значительное отставание в области внедрения МЗБ и МЩБ в несущие конструкции. Количество сборного железобетона из МЗБ составляет около 0,1-0,15 от количества ЖБК из тяжелого бетона. Одной из. основных причин является отсутствие совершенной методики расчета и экспериментальных обоснований возможности внедрения МЗБ и МЩБ в различные вида конструкций.

Среда основных результатов исследований МЗБ и МЩБ можно назвать следующие. Влияние структуры МЗБ различных составов значительно сказывается на показателях прочности и дс<формативное™. Модуль упругости МЗБ примерно на 10? ниже модуля упругости ТВ, коэффициент поперечшх деформаций на 50-60% цшо, чем у бетонов на крупных заполнителях. Усадочные деформации в МЗБ на 20-40% выше, чем в ТЕ. Ползучесть в среднем повышается на 30-40%. К главным исследуемым факторам следует отнести влияние химических добавок, в т.ч. суперпластификаторов, ускорителей твердения, а также микронаполнителей на расход цемента и ■темпы твердения. Проводятся крушша работы в •направлении повышения эффективности МЗВ и МЩБ за счет совершенствования составов и технологии их изготовления. Очевидно, 5TO такие исследования обеспечивают.перспективность мелкозернистого и малощебеночного бетона.

Для -расширения области применения мелкозернистого и малощебеночного бетона, для совершенствования методов расчета составлена .комплексная программа, логически объединяющая принятые виды исследований..

Схема программы исследований показана на pic. 1. Программа базируется на' двух параллельных испытаниях, рыбрано , два вида наиболее распространенных конструкций - белки и стеновые панели,а так же два вида бетона -мелкозернистый МЗБ и малощебеночный МЩБ: В рамках диссертации изучались нормальные сечения балок со средним = 0,9% и высоким = 2,556 процентом армирования'. Схема испытаний фрагментов стен предусматривает наиболее общий и малоизученный вид наг'ружений -совместное действие вертикальных и горизонтальных - сил.-Программа включает в себя испытание всех видов стандартных образцов исследуемых бетонов. Испытания образцов проводились' в соответствии ГОСТ-ом.

Были использованы составы МЗБ и МП®, разработанные в Пензенском ГАСИ профессором В.И.Калапшиковым, . профессором * Н.И.Макридиным и доцентом В.И.Хвастуновым.

Физический эксперимент проводился на 4-х образцах балок с сечением 12x22 см, длина составляла 130 см. Нагружение осу-' ществлялось двумя сосродоточвнными силами. Класс мелкозернистого и малощебеночного .'бетона составлял В25. Балки 'армировались продольной арматурой класса АШ 408 и 4014 Прободался физический эксперимента 5-ти фрагментах-стен из МЗБ и-5-ти фрагментах стен из МЩБ. Класс бетонов принимался Б25. Толщина, стен составляла 5 см, длина и высота стен - 60x60 см. Соотношение сторон Н/Ъ = 1. При конструировании стен использовалась контурная арматура, которая концентрировалась вдоль боковых граней по 408АШ, .тем самым имитировалось влияние, продольных стен.

Испытания стен проводились в специальной силовой уста

Рис. 1 Схема, программы исследований.

новке. Нагружениэ проводилось вертикальной нагрузкой поэтапно до планируемой величины. Передача горизонтальной нагрузки на стену осуществлялась с помощью грузовых площадок, расположенных в верхней и шишей части боковых граней. Нагружение осуществлялось поэтапно до разрушения образца.

Получены следующие результаты.

1

При средних процентах .армирования цо = 0,9% разрушение балок по нормальному сечению происходило со стороны растянутой зоны. При большом проценте армирования p.g = 2,5% разруше- . нив балок наступало по сжатой зоне. Высокий процент армирования позволяет в большей степени изучить характер работы МЗБ и МЩБ в сжатой зоне балки. В целом в балках из мелкозернистого и малощебеночного бетона характер развития нормальных трещин и схема разрушения по сравнению с балками из тяжелого бетона не изменяются. При переходе к балкам из МЗБ и МЩБ увеличивается деформативкость бетона и балок в целом. Ширина раскрытия нормальных трещин, величина прогиба в среднем повы- . шаются в 1,2 раза в балках из МЗБ и в 1,15 раза в балках из МЩБ. В балках с высоким процентом армирования ширина раскрытия трещин и величина прогиба уменьшается в среднем в 1,15. Величина разрушающего момента увеличивается в 1,3 раза. Наиболее важным фактором является повышение величины изгибающего момента, соответствующего началу образования норм трещин в балках из МЗБ в 1,38-1,9 раза в балках из МЩБ в 1,25-1,5 раза. При переходе к МЗБ и МЩБ величина деформаций в арматура увеличивается соответственно в 1,18, 1,12 раз по сравнению с • тяжелым бетоном.

В стеновых панелях при переходе к МЗБ и МЩБ характер •

. 10 -

образования и. развития трещин, а такяе схема разрушения не изменяется по сравнению со стенами из ТБ. .На рис'.2'показана графики зависимости прочности стен от величины вертикальной нагрузки. Для стен из тяжелого, мелкозернистого и малощебе-

Рис.2. Графики зависимости прочности стен отвеличины вертикальной нагрузки

1 - для стен из тяжелого бетона;

2 - для стен из малощебеночного бетона;

3 - для стен из мелкозернистого бетона

ночйого бетона. Схема разрушения стен определяется уровнем нагрукения вертикальной нагрузкой. При И = 0 разрушение ста

. ' - - . . . • • ' *• новых панелей иэ МЗБ и. МЩБ происходит по наклонной диагональной тропоте. При N $ 0,5Ни разрушение стен происходит, по на-' клонной сжатой полосе, которая выделяется двумя наклонными трещинами, назовем условно эти трещины граничными. Яри N > 0,5№> разрушение стеновых панелей наступает при активном развитии наклонных невысоких трещин с .веерообразной схемой расположения в зоне нижнего опорного угла панели. Величина разрушающей Силы в стеновых панелях при II = 0 с переходом, к МЗБ и МЩБ почти не изменяется. При увеличении вертикальной силы наступает снижение разрушающей горизонтальной силы. В среднем в стенах их МЗБ величина разрушающей горизонтальной силы снижается 1,2 раза, в стенах из МЩБ в 1,15 раза по сравнению со стенами из ТВ, (рис.2).Встеновых панелях при уровне нагруженил вертикальной нагрузкой N ^ 0,5 усилие образования граничных трещин увеличивается в 1,35 раза в стенах из. МЗБ, в. стенах из МЩБ в 1,25 раза. • ''

Получены следующие результаты испытания стандартных образцов из мелкозернистого и малощобеночного бетона. Испытание стандартных образцов из 3-х. видов бетонов МЗБ, МЩБ и ТБ позволили получить последовательные изменения характеристик бетона от тяжелого до мелкозернистого и выявить закономерности изменения прочностных характеристик. Установлено, что.снижение прочности бетона при сжатии и увеличения прочности бе-' тона при растяжении происходит не пропорционально расходу щебня и цемента. При переходе от ТБ и МЗБ увеличиваются деформации укорочения и удлинения. Повышение деформаций происходит не пропорционально изменению прочности бетонрв. Выявлено снижение модулей деформаций в 2,5-3 раза при ' переходе от'

№ класса В20 к МЗБ классаВЮ и 2 раза при одинаковых классах бетонов.. Деформация укорочения при переходе от тяжелого бетона класса В20 к МЗБ класса В10 увеличились в 1,4 раза, при этом прочность на сжатие уменьшалась в 1,5 раза. Прочность при растяжении при переходе- от ТБ к МЗБ указанных класоов бетонов увеличивается в 2,5-3 раза.

При экономической целесообразности перехода от ТБ к МЗБ выявлены недостатки МЗБ и МЩБ, которые препятствуют свободному использованию материалов в несущих конструкциях. К этим недостаткам относятся снижение модуля деформаций и повышение деформативных свойств, тем самым обостряется необходимость совершенствования и разработке новых методик расчета, которые позволяют учитывать действительное состояние бетона при расчете. . Испытания стандартных образцов' позволили построить диаграммы состояния МЗБ и МЩБ для классов бетона, из которых изготавливались опытные образцы балок и стен.

Таким образом, выявлено, что для внедрения МЗБ и МЩБ в строительные конструкции необходимы усовершенствованные методики расчета и экспериментальные обоснования. С другой стороны уровень развития исследований МЗБ и МЩБ позволяет считать, на данном этапе реально полностью или частично 'устранить выше указанные недостатки путем изменения составов бетонов и технологии изготовления.

Полученные результаты позволяют усовершенствовать метода расчета балок и стен из.МЗБ и МЩБ. В связи с тем, что данная работа выполнялась в развитие комплексной программы, в рамйах государственной межвузовской программы - Архитектура и строительство, совершенствование методов расчета балок и стен

-.13 -

проводилось в соответствии с ранее выполненными работами.

Это значит, что при оценке, прочности и дефэрмативности . балок из МЗБ и МЩБ использовалась ранее известная обобщенная расчетная модель, сокращенно ОРМ. Эта модель основывается на уравнениях равновесия моментов и продольных сил; на условиях, деформирования в виде линейного поворота нормального-сечения» другими словами, на гипотезе плоских сечений; а также на основе диаграмм деформирования батона и арматуры, связывающих напряжения и деформации о-е вплоть до их предельных значений. На рис. 3 показаны графики зависимости изгибащих моментов и' деформаций в арматуре, полученные на основе опытных и расчетных данных для балок из МЗБ и ЩБ с процентом армирования = 0,9% и ца = 2,5%. Сопоставления результатов расчета и опыта показывают, что обобщенная расчетная модель имеет возможности учитывать развитие пластических деформаций в бетоне и армату-, ре в нормальных сечениях балок, при этом полностью повторяет закономерность изменения моментов. Расхождении между опытными и расчетными величинами- составляет в среднем М t/ М Jo = 1,2,.для балок из МЗБ си = 0,9 и М,. ,/Ы , =1,08 для ба-

в (¿33 С СЛI С

лок с и = 2,5%. Для балок из МЩБ М. ,/Н , = 1,22 с и

'о ^^ teat calc * 'а

0,9% и MteBi/M0(1jc= 1 >1 для балок с цз = 2,5%-. При расчете балок na OFM использовались натуральные, т.е. полученные в опытах диаграммы о-е состояние бетона и арматуры от начала нагружения до разрушения. Возможности расчетного метода, принятого в СНиП 2.03.01-84 ограничиваются определением величины момента, при котором в арматуре начинают появляться пласти^ ческие деформации, соответствующие условной величине Ran -нормативному сопротивлению в арматуре.На графиках, рис.2, эта .

ь.

20

М, к Ни

10

I;: 3 2 1

1

1 ^ =2.6%

1 . - -

Рис. 3

Графики ¡зависимости М-С

a. - при ц,-0.8%

b. - при /¿, = 2.5%

Примечание: графики 1, 2 и 3 на ряс. 2 по значению блиэжи друг к другу. Ш ' рисунке условно разведены 1; 1а — для бапок из ТБ по ояншш'я расчетным данным 2: За -г для бвлок из ШЦВ по одншм и расчетный данный 3; За — для балок яэ МЗБ по опытный я расчетный дан¡шы

е. ю-

- 15- '

величина момента обозначена. - М,. .

Одновременно при расчете исследуемых балок по ОРМ определялись моменты образования нормальных трещин, ширина раскрытия трещин и величины прогибов. Характер изменения указанных величин, полученных по расчету соответствует характеру их изменения, полученному при испытаниях. При. этом величины отклонения расчетных и опытных результатов'в среДпем составляют 1,1-1,2. -

В целом можно считать результаты сопоставления опытных и расчетных величин удовлетворительными. Таким Образом, Обоб-щанная расчетная модель является предпочтительной, поскольку она позволяет в гораздо большей степени учитывать деформатив-ные свойства бетонов, в данном случав МЗБ и МЩБ, т.е. в большей степени описывает Действительную работу нормальных сечений балок.

При исследовании стен из тяжелого бетона, проведенным ранее по вышеуказанной программе совершенствования методов • расчета стен производилось в двух направлениях* Как отоваривалось выше, целесообразно для стен из МЗБ. и МЩБ, исследуемых в данной работе, но изменять выбранных ранее направлшшй развития методов расчета. В качество первого направления принимается дальнейшее совершенствование, метода расчету стен из тяжелого бетона в рамквх СНиП 2.ОЗ.01-84, в качестве второго - совершенствование метода расчета стен на основе каркасйо- . стержневой модели кем, разработанной в Пензенском государственном архитектурно-строительном институте. '.'■".'.

Усовершенствованный ранее для тяжелого бетона нормативный метод расчета стен не изменил структуры расчетных завися

' . мостей. СНиП 2.03.01-84, согласно которому расчет прочности стен при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил производятся по формуле

<р '(1 + <р )Н. .ЪЛ*

. • ■ • ь с

где ц>п - коэффициент, учитывающий воздействие продольной силы, определяется по формуле

N

» = 0,3 - « 1,5 (2)

п Н.

Ы о

Расчетная схема стен показана на рис. 4.

•••■•'. Следует заметить, что совершенствование нормативного метода расчета стен, также, проводилось в Пензенском ГАСИ в рамках выше указанной программы. Коэффициент <рп был увеличен для расчета стен в три раза по сравнению со значением, принимаемым в СНиП 2.03.01-84. В рамках данной работытакже изучалось влияние продольных сил на прочность стен из ЫЗБ и-МЩБ и результаты опытов подтверждают, что коэффициент срп для расчета стен Из МЗБ и МЩБ может определяться по формуле (2).

Ф^ - коэффициент учитывает разновидность мате риала, в СНиП 2.03.01-84 он принимай1Ся равным 1,5. Дня стен из тяжелого .бетона в выше указанных работах рекомендуется принимать Фь* = 1 • т,е* 101X6 в 1,5 110 сравнению со СНиП 2.03.01-84.

Автор' по результатам своих исследований для стен из мелкозернистого и малощебаночного бетона предлагает коэффициент ф^ принимать равным 0,8. Тем самым будут учитываться особенности работы МЗБ и ЫЩБ (с малым количеством щебня) и повысится гарантия безопасности стен. Границы области действия расчетной зависимости (1) для стен из ЫЗБ и МЩБ предлага

ч

Рис. 4. Расчетные схемы стен при совместном действии ' вертикальных я. горизонтальных си.г а - при расчете во СНиП 2.03.01-84; б,в - при расчете на основе каркасно- стержневой модели КСН

- 18-, '

атся' принимать такими ко, как для сгон из тяжелого бетона, т.е. по следующим зависимостям. .

В качестве верхней границы рекомендуется уравнение (3) Ч, - 1.6(1. + Фп)Нм№о, ' (3)

в котором' числовой коэффициент 2,5, предлагаемый СНиП -2.03.01-84 заменен на выражение - 1,6(1 + срп).

В качестве нйкней границы предлагается уравнение (4) / : % =Фь,(1 + (4)

где фЬэ= 0,4 для тяжелого бетона, т.е. уменьшается по сравнению со СНиП в' 1,5 раза. На,данном этапе исследований с целью 'безопасности величину фЬэ для МЗБ и МЩБ следует также принять равной 0,4.

Таким образом,, . величина расчетная прочность стен (1) должна удовлетворять условию

ч $ % 4 (5)

Расчет стен из (¡ЕЗБ и МЦБ, при больших уровнях вертикальной нагрузки N > 0,6 Nu по аналогии со стенами из тяжелого бетона рекомендуется производить как для внецентренно-сжатых элементов по СНиП 2.03.01-84.

Соотюаония опытных и расчетных величин для испытанных фрагментов' стен .' из . МЗБ и МЩВ изменяется в пределах ^teet^ooio от 1до 1»2- Тако9 соотношение можно признать удовлетворительным. ;

Приведенные расчетные зависимости учитывают изменение характера работы стен из МЗБ и ВДВ при изменении уровня на-груженяя вертикальной нагрузкой и не изменяют структуры рас-• 49та, принятого В Шин 2.03.01-84.

,•' В качестве второго направления совершенствование расче

та отеа в Пензенском ГАСИ, ранее (Зила построена расчетная . каркасно-стерашевая модель, позволяющая определять прочность, стен при изменении уровня нагружения вертикальной нагрузки N = (0 - 1,0)Мц. Расчетная модель, сокращенно КСЙ объединяет две А -образные стержневые модели, каждая из которых состоит' из условных наклонного и вертикального стержня-полосы, рис.4. Вертикалыше условные полосц-стержш! по . сути являются арматурными поясами. В первой А -образной модели арматурный пояс • испытывает сжатие, во второй .- растяжение. Наклонные полосы ' моделируют участки бетона, в пределах которых концентрируются главные сжимающие и растягивающие напряжения. '

Одной из особенностей работы исследуемых, стен является то, что в реальных условиях горизонтальная сила передается равномерно по длине стены в уровне верхней грани. В результате в стенах, как би формируются кусочные поля или пересекающиеся в пределах поля стены полосы, в которых концентрируются главные напряжения.

Разрушение стен из МЗБ и МЩБ происходит также, как и разрушение стен из тяжелого бетона, внутри выделенных наклонных полос, поэтому использование указанной модели для стен из МЗБ и МЩБ является правомочным. В связи с тем, что разрушение стен происходит по сжатой полосе, а также в связи с тем, что при больших значениях вертикальной нагрузки, оба расчетные полосы КСМ становятся сжатыми, была принята единая расчетная, модель, рис.4. . . -

Расчет стен производится по двум условиям прочности

0 « 2Тай8 АвЛ8й + П; . (6)

■ - 20В уравнение (7) первое слагаемое определяет прочность расчетной поло.си при "сжатии, второе - при растяжении. С ростом вертикальной нагрузки до 1Г второе слагаемое уменьшается и при N = Ни становится равным нули.

Коэффициенты fQ и 7{ - учитывают влияния на прочность соотношения сторон стен и определяются по формуле (8) и (9) . . Т0 =1,7 - 0,911/1. 5 0,8 (8)

7t = - 0,411/1. 5 0/5 (9)

Коэффициенты ць и ft - учитывают влияние совместного действия вертикальных и горизонтальных сил определяются по формулам (Ю) и (11) . . .

7Ь = Sin [ х(Ы/Ни + 10"2(1. - Н/Ни)] (10)

7bt = Cos(«N/Hu) (11)

Ширина, ¡расчетной сжатой полосы - определяется по зависимости (12)■

1. = 1 Sinei, (12)

0 о

1 - длина сжатой части стены.

Ширина расчетной растянутой полосы . определяется по формуле (13) ,

1 - 0,8 H/Sind (13) crac

■ Угол наклона сжато растянутой полосы определяется по формула

-tgoí = Но /(L0 - 0.51J (14)

Для расчета стен из мелкозернистого бетона автор предлагает не изменять выше приведенных зависимостей поскольку характер работы стен из указанных бетонов не отличается от работы стен из'тяжелого бетона. При этом в расчетную зависимость (7) ввести два коэффициента, полученных на основе экс

- Г1 -

периментальных данных, коэффициент 1*3 - для первого слагаемого и коэффициента 0,8 - для второго слагаемого зависимости (7)'. В этом случае расчет стен из МЗБ и МЩБ будет определяться по формуле (15)

О < ЬЗТсТь РЬ1 ь5±па + 0,8 т4. 7М ^„^Ш- (15) Анализ приведенной зависимости показывает, что она описывает закономерность изменения разрушающей'силы«'. Введение в . расчетную зависимость указанных коэффициентов обеспечивает' необходимую безопасность и сближает расчетные и опытные вели- , чины усилий, О^дг/Оса1с =М-1.2.

Усовершенствованный, в т.ч. автором, нормативный метод расчета хорошо согласуется с методом расчета на основе кар- 4 касно-стержневой модели. Одйако метод расчета стен,; в т.ч. из . мелкозернистого и малощебеночного бетона, является более про-' грессивным, т.к. он основывается на расчетной модели., оценивает действительную работу стен и учитывает основные факторы, влияющие на прочность стен.

На основе анализа накопленного опыта экспериментальных исследований стен, а также на основе собственных исследований стен из МЗБ и МЩБ разработана методика определения усилий образования наклонных трещин, базирующаяся на каркасно-стержневой модели. Суть методики заключается в. том, что- За расчетные трещины рекомендуется принимать наклонные трещины; выделяющие . сжатую наклонную полосу, которые не приводят к разрушению стен. Однако их образование и наличие при эксплуа- : тации стен также не желательна или недопустима.

Расчетная схема усилий образования граничных трещин показана на рис. 5. Усилие образования, трещин' предлагается

Рис. 5 Схема усилий при расчете

стек по обравованию трещин а. - расчетная схема усилий . . . Ь. — схема, развития усилий в наклонных сечениях

определять по формуле (16)

Чг-с = t-^bt НьА Ь sirlíl * Hbt.l,bSlml (16)

Расчетные усилия образования трещин удовлетворительно согласуется усилиями, полученными в опытах, Q ' ,/Q , = 1.1—1 ,2.

crc,teat ere,cale

Предлагаемая методика расчета трещинообразования в стенах позволяет учитывать особенности мелкозернистого и малоще-боночного бетона, в т.ч. повышение усилий образования трещин за счет увеличения сопротивления растяжешпо Rbt.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ .

1. Выявлена экономическая целесообразность перехода от тяжелого бетона к мелкозернистому и малощебеночному бетону. Установлено, что более широкому внедрению указанных бетонов препятствует несовершенство методики расчета .несущие конструкций, учитывающей характерные особенности Прочностных и деформатившх свойств ботонов без крупного заполнителя. .

2. Анализ результатов исследований мелкозернистого Н малощебеночного батонов покаьал, что уровень развития .этих бетонов значительно опережает уровень развития.конструкций из мелкозернистого и малощебеночного бетона. В зтом заключается основная причина снижения объема внедрешя МЗБ и ЫЩБ в несущие конструкции.

3. Испытание стандартных образцов из тяжелого, мелко-зер1шстого и малощебеночного бетона позволили выявить закономерности изменения характеристик указанных бетонов. Установлено, что снижение прочности НЗБ и МЩБ при 'сжатии и. увеличении прочности при растяжении происходит не пропорционально расходу щебня и цемента. Повышение деформативных - характерно-

' . _ - 24 -

тик в значительной степени превышает рост прочности. При переходе от тяжелого бетона класса В20 к мелкозернистому BIO модуль деформаций.снизился. в 1,5 раза; деформации укорочения увеличились в 1,4 раза,при этом прочность па сжатие уменьшилась в 1 ,.3 раза, прочность на растяжение увеличилась в 2,5 -3,0 раза.

• 4. Повышение деформативных характеристик в бетоне МЗБ и ЩВ требует новых подходов и методик расчета, позволяющих более полно оценивать деформативные свойства бетонов МЗБ и МЩБ.

5.-. При испытании балок из МЗБ и МЩБ характер развития нормальных трещин не изменяется по сравнению с бйлками из тяжелого бетона'. Ширина раскрытия трещин увеличивается в 1,15 и 1 ,.1 раза. Величина прогибов увеличивается в 1,15 раза. Величина момента образования нормальных трещин увеличивается в 1,8 раза. . .

. б. Повышение процента армирования в 2,8 раза снижает величину прогибов в 1,25 раза, ширину раскрытия трещин в 1,4 раза. Величина разрушающего момента увеличивается в 1,7 раза. Величина изгибающего момента при котором образуются нормальные трещины увеличивается в 1,5 раза.

7. При испытании фрагментов стен выявлено, что характер, развития трещин и схемы разрушения в станах из ЫЗБ, МЩБ и 1Б - не изменяется. При вертикальной силе N = 0 с переходом от ТБ к МЗБ величина разрушащей силы почти одинакова для всех видов бетона. С увеличением вертикальной силы N 0,5Йцразрушащая горизонтальная сила снижается в стенах из ЫЗБ в .среднем в 1,2 раза,в стенах из. МЩБ в 1,15 раза по срав-

• - - . •; ■ ,

нению со стенами из ТБ. .

8. В стеновых падалях при N $ 0,5 Нц усилие образования наклонных граничных трещин, выделяющих накжишую сжатую полосу бетона, увеличивается в стенах из МЗБ в 1,35 раза, в стопах из ВДВ в 1,25 раза. ■ • .

9. Выявлено, что метод расчета нормальных сечений, принятый СНиП 2.03.01-84 не позволяет оценить прочность балок

• ДефоГмДОЙЯ . после начала развития пластических ЪящшшшЁ в арматуре до

фактического разрушения.

10. Для оценки прочности нормальных сечений балок из

МЗБ и МЩБ рекомендуется использовать известную обобщенную

модель, сокращенно 0FM, учитывающую диаграммы деформирования

Сетона и арматуры о-е вплоть до разрушения. Соотношение

М. ,/М , близко к единице. teat cclLc

11. Для расчета момента образования трещин, ширины их-, раскрытия, а также прогибов в балках из МЗБ и МЩБ также рекомендуется обобщенная расчетная модель. ■

12. Переход от ТВ к МЗБ и МЩБ в балках с соотношением L/H = 1/10 - 1/12 целесообразен при расчете балок по обеденной расчетной модели.

13. Усовершенствован нормативный метод расчета, принятый СНиП 2.03.01-84 расчет стеновых панелей из МЗБ и-МЩБ при совместном действии вертикальных и горизонтальных сил. Прочность стен рекомендуется определять, по зависимости (1), коэффициент учитывающий разновидности материала предлагается принимать равным 0,8, т.е. на 20% ниже аналогичного коэффициента для тяжелого бетона. Соотношение расчетных и опытных величин удовлетворительное.

• ' , . 26 ' -14. Усовершенствован метод расчета стен из МЗБ-и МЩВ, основанный на каркасно-стержневой модели, оценивающей прочность стен по наклонной сжато-растянутой полосе бетона и растянутому арматурному поясу. Расчет рекомендуется производить . по зависимостям (6) и (7). В уравнение (7 ) введены численные коэффициенты 1,3 и 0,8, полученные автором на основе экспериментальных исследований.- Соотношение опытных и-расчетных сил имеют незначительные отклонения.

.15. Разработана методика оценки усилия образования наклонных - граничных' трещин, выделяющих сжатую полосу бетона, определяющую прочность стен. Предлагается расчетная схема усилий, согласно которой главные растягивающие напряжения неравномерно распределяются вдоль наклонного сечения. За предельное состояние принимается состояние когда максимальные растягйваюцие напряжения достигают предельных значений lbt\t- Расчет усилий образования трещин производится по зависимости (16) , соотношение опытных и расчетных величин -удовлетворительное.

16. В целом в диссертации произведено экспериментальное обоснование возможности применения мелкозернистого и малощебеночного бетонов в наиболее распространенных конструкциях.-балках и стенах. Усовершенствованы методы расчета указанных конструкций из МЗБ и МЩБ. Экспериментально обоснована возможность использования обобщенной расчетной модели для оценки прочности балок, которая является почти единственным расчетным аппаратом, способным оценивать повышенную деформативность бетонов МЗБ и МЩБ.

'17. Результаты работы внедрены в проект Норм проектиро-

вания бетонных и железобетонных конструкций следующего поколения,результаты диссертации неоднократно использовались на заводах ЖБИ и ДОК г. Пензы.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Баранова Т.И., Ласьков H.H., Питан В.А. Совершенствование нормативных методов расчета стен крупнопанельных и монолитных зданий: Тезисы докладов республиканской научно-

у

технической конференции. -.Казань, 1989.

2. Баранова Т.Н., Ласьков H.H.Пигин В.А. Проблемы проектирования . стен крупнопанельных и монолитных зданий// Прочность, трещиностойкость и деформативность стен крупнопанельных и монолитных зданий: Сборник докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Пенза, 1990, с.34-35.

3. Баранова Т.И., Пигин В.А. Прочность и трещиностойкость вертикальных стыков стен из легкого и тяжелого бетона// //Прочность, трещиностойкость и деформативность стен крупнопанельных и монолитных зданий: Сборник докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Пенза, 1990, 38-39.

4. Пигин В.А. Снижение расхода бетона при строительстве монолитного жилого дома//Пути снижения материалоемкости и стоимости в строительстве и при реконструкции зданий: Тезисы докладов на зональной конференции. - Пенза, 1990, с.57-58.

5. Ласьков H.H., Пигин В.А., Попыльков Д.А. Исследование стен численным методом по ЕПП АПЖВК//Научно-технический прогресс в строительстве: Сборник докладов ХХУП научно-технической конференции/ Пензенский ИСИ. - Пенза, 1993.