автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и трещиностойкость наклонных сечений керамзитофиброжелезобетонных балок их прогибы с учетом сдвиговых деформаций

#

С^4 О} На правах рукописи

%

АЛЬ-ХУЖЕЙРИ ХАЛЕД МАХМУД

ПРОЧНОСТЬ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ НАКЛОННЫХ СЕЧЕНИЙ КЕРАМЗПТОФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОК И ИХ ПРОГИБЫ С УЧЕТОМ СДВИГОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания н сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж, 1997

Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций Ростовского государственного строительного университета

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Р. Л. Маилян

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зашита состоится 26 июня 1997 г. в 10й" часов на заседании диссертационного совета Д 063.79.01 в Воронежской государственной-архитектурно-строительной академии по адресу:

394680, г.Воронеж, ул. XX лет Октября, 84,ауд.20, корп. 3 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной архитектурно-строительной академии. Автореферат разослан 26 мая 1997 г.

Ученый секретарь

В.И.Колчунов

кандидат технических наук, доцент Ю.В.Рогатнев

Ведущая организация: Северо-Кавказкий проектный и научно-

исследовательский институт АО "СсЕкавНИПИагропром"

диссертационного Совета

В.В.Власов

J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Развитие капитального строительства тесно связано с задачами дальнейшего повышения эффективности строительного производства, снижения стоимости и трудоемкости технологических процессов, экономного использования материальных и энергетических ресурсов, применения новых прогрессивных материалов и конструкций.

Ведущее место в капитальном строительстве в ближайшие десятилетия сохранится за железобетоном. Успешное решение поставленных задач возможно лишь при широком внедрении различных видов бетона, так как- применение каждого вида дает наибольший эффект только в определенных условиях.

Не является исключением и фибробетон, который представляет собой одну из разновидностей общего класса композиционных материалов, которые в настоящее время широко применяются в различных отраслях строительства.

Однако области рационального применения различных видов фибробето-на в строительстве и технико-экономическая эффективность их применения пока изучены недостаточно.

Наиболее исследованными являются бетоны со стальной фиброй. Однако такие фибробетоны требуют большого расхода дефицитной и дорогой стали, отличаются большим весом и теплопроводностью.

В целях экономии стали в последние годы все большее внимание привлекают бетоны с неметаллическим фибровым армированием. К таким щело-честойким фибрам относятся стеклянные волокна, полипропиленовые волокна, минеральные волокна, полученные из расплавов металлургических шлаков, базальтовые волокна и другие. Эффективность дисперсного армирования бетона зависит от свойств волокон. Последние должны быть достаточно гибкими, иметь высокую прочность на растяжение и модуль упругости, близкий к такой же характеристике бетона.

Фибробетоны с различными волокнами в сравнении с бетоном без фибр имеют повышенную трешиностойкость, меньшую усадку и ползучесть, более высокие ударную вязкость, морозостойкость, износостойкость, сопротивление силовым и термическим воздействиям. При использовании неметаллической фибры в сравнении со стальной кроме того появляются дополнительные преимущества - снижение веса и повышение коррозионной стойкости в агрессивных средах.

Исследования, проведенные в РГСУ показали, что одним из наиболее эффективных и перспективных являются фибры из грубого базальтового волокна (ГБВ).Такие волокна получают путем плавления базальтовой горной породы, вытягивания волокна из расплава и пропиткой полимерной композицией. При растяжении базальтового волокна диаграмма о - е сохраняется линейной вплоть до разрыва.

Перспективность фибр из ГБВ обуславливается не только их физико-механическимим свойствами, но и неограниченностью запасов и дешевизной исходного сырья, а также простотой получения базальтового волокна. Стоимость такой фибры в 7... 10 раз ниже, чем стальной.

В связи с перспективностью бетона и железобетона с фибровым армированием базальтовыми волокнами в последние годы были выполнены исследования, позволившие получить некоторые данные об их свойствах.

В РГСУ такие исследования были проведены применительно к керамзи-тобетону, поскольку с одной стороны фибровое армирование базальтовым волокном керамзитобетона особенно эффективно благодаря близости свойств фибр и матрицы, с другой - достигается значительное снижение плотности бетона и возможность его использования в конструктивных элементах, в которых несушие и ограждающие функции совмещены ( панели стен, покрытий и др.).

Ранее проведенные исследования керамзитофибробетона и армированных элементов из таких бетонов не коснулись изучения их сопротивления действию поперечных сил. Очевидно, что без исследования этого вопроса невоз-

можно спроектировать большинство изгибаемых элементов с заданной надежностью.

В связи с этим была поставлена задача исследовать сопротивление фиб-рокерамзитожелезобетонных изгибаемых элементов действию поперечных сил и разработать рекомендации по расчету наклонных сечений с учетом особенностей свойств фибробетона.

Исследования по данной теме выполнялись автором в 1994 - 1997 годах в соответствии с Общероссийской программой " Архитектура и строительство" и фантом на 1995 -1996 годы.

Задачи исследования:

- выполнить эксперименты для установления влияния фибрового армирования базальтовыми волокнами на прочность и трещиностойкость наклонных сечений керамзитожелезобетонных балок при наличии и отсутствии поперечного армирования;

- определить влияние фибрового армирования на ширину раскрытия наклонных трещин;

- установить влияние сдвиговых деформаций на прогибы фиброкерамзи-тожелезобетонных изгибаемых элементов;

- на основе анализа опытных данных разработать рекомендации, уточняющие расчет наклонных сечений по прочности фиброкерамзитожелезобетон-ных изгибаемых элементов на основе методики СНиПа и методики НИИЖБа;

- ввести коррективы в формулы для определения ширины раскрытия наклонных трещин и прогибов с учетом сдвиговых деформаций, отражающих влияние фибрового армирования;

- исследовать влияние фибрового армирования на сцепление стержневой арматуры с керамзитобетоном и дать рекомендации по определению длины ан-керовки арматуры в фибробетоне.

Автор защищает:

- новые экспериментальные данные по прочности и трешиностойкости наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных изгибаемых элементов;

- новые экспериментальные данные о сцеплении стальной стержневой арматуры с фиброкерамзитобетоном;

- новые данные о влиянии сдвиговых деформаций на прогибы фиброке-рамзитожелезобетонных балок;

- рекомендации по учету особенностей свойств фиброкерамзитобетона с фибрами из базальтового волокна при расчете прочности и трешиностойкости наклонных сечений изгибаемых элементов.

Научная новизна работы:

- получены новые экспериментальные данные по прочности и трещино-стойкости наклонных сечений керамзитожелезобетонных балок с фибровым армированием базальтовым волокном;

- установлено влияние сдвиговых деформаций на прогибы фиброкерамзи-тожелезобетонных изгибаемых элементов;

- разработаны рекомендации по учету особенностей свойств фиброкерамзитобетона с базальтовым волокном при расчете прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов из такого бетона по двум методикам;

- разработаны рекомендации по расчету трещиностойкости наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных балок;

- получены новые данные о сцеплении стальной стержневой арматуры с фиброкерамзитобетоном и даны рекомендации по определению длины зоны ан-керовки арматуры в фиброкерамзитобетоне.

Достоверность полученных результатов исследований и предложенных рекомендаций по проектированию и расчету фиброкерамзитожелезобетонных элементов обеспечена научной обоснованностью и высоким уровнем статистической надежности, полученными при обработке большого количества результатов тщательно проведенных экспериментов.

Практическое значенне н внедрение результатов работы.

Полученные результаты и основанные на них рекомендации позволяют повысить надежность и экономичность фиброкерамзигожелезобетонных изгибаемых элементов. Разработанные рекомендации по проектированию и расчету

таких элементов используются проектными организациями, в частности Сев-кавНИГШагропром. С участием автора подготовлены и изданы "Рекомендации но проектированию железобетонных конструкций из керам шгобетона с фибровым армированием базальтовым волокном". - СевкавНИГШагропром, РГАС. - г. Ростов-на-Дону, 1996.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете, Ростовском архитектурном институте и в других вузах.

Апробация работы н публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 5 работах. Материалы диссертации доложены и получили одобрение на международной научно-технической конференции "Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций" (г. Ростов-на-Дону, 1994 г.), региональной научно-практической конференции РГАС и СевкавНИПИагро-прома (г. Ростов-на-Дону, 1995 г.), научно-технических конференциях Ростовской государственной академии строительства (1995 и 1996 г.), международной научно-практической конференции (г. Ростов-на-Дону, РГСУ, 1997 г.).

Диссертационная работа выполнялась в период с 1994 по 1997 г г. на кафедре железобетонных и каменных конструкций Ростовского государственного строительного университета.

Структура п объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Она содержит IIS страниц, 22 рисунка, 19 таблиц, 141 литературный источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса

Исследования свойств фибробетонов с различными видами волокон и фиброжелезобетона посвящены работы Бердичевского Г.И., Волкова И.В., Ка-

наева С.Ф., Колбаски Э.Б., Крылова Б.А., Курбатова Л.Г., Маиляна Л.Р., Маи-ляна Р.Л., Осааченко С.А., Рабиновича Ф.Н., Шилова A.B. и др.

Грубое базальтовое волокно (ГБВ) в сравнении с другими видами минеральных волокон обладает высокой коррозийной стойкостью в среде цементного камня и в 7... 10 раз дешевле металлических фибр. Эти преимущества в сочетании с высокой прочностью на растяжение (до 400 МЛа) и другими положительными характеристиками позволяют рекомендовать грубое базальтовое волокно для широкого практического применения для дисперсного армирования бетона и железобетона.

С этой целью в РГСУ и других организациях были выполнены экспериментальные исследования для изучения физико-механических свойств фибро-бетонов на базальтовом волокне, а также прочность и трещиностойкость нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов и их деформатив-ности.

Однако исследований прочности и трещиностойкости наклонных сечений железобетонных элементов с фибровым армированием и ГБВ до настоящей работы не проводилось.

Разработке методов расчета наклонных сечений железобетонных элементов при действии поперечных сил и изгибающих моментов посвящены капитальные работы, выполненные под руководством А.А.Гвоздева вначале М.С.Боришанским, а затем А.С.Залесовым . Эти методы легли в основу расчета наклонных сечений по предельным состояниям, принятых в действующих нормах СНиП 2.03.01-84*.

Большой вклад в развитие методов расчета железобетонных элементов по наклонным сечениям внесли также Алиев Г.Г., Дорошкевич Л.А., Изотов Ю.Л., Климов Ю.А., Колчунов В.И., Кудзис А.П., Маилян Р.Л., Михайлов В.В., Пере-сылкин E.H., Погореляк А.П., Польской П.П., Хансен Д.А. и другие.

Анализ выполненных исследований показывает, что наиболее приданными и перспективными являются методика расчета наклонных сечений по предельным состояниям, принятая в нормах и методика НИИЖБа, предложен-

ч

ная А.С.Залесовым. В связи с этим, автором поставлена цель распространить эти две модели на фиброкерамзитожелезобетонные изгибаемые элементы, так как существующие методы расчета наклонных сечений железобетонных конструкций не распространяются на элементы из фиброкерамзитобетона из ГБВ и не отражают их специфические особенности.

Программа экспериментальных исследований сопротивления по наклонным сечениям керамзито- и фиброкерамзитобетонных балок при наличии и отсутствии поперечного армирования представлены на рис. I.

Состав керамзитобетона на куб. м был принят следующим: цемент марки 400 - 480 кг* кварцевый песок - 700 кг; керамзит крупностью до 10 мм - 430 кг; вода - 250 л. Фиброкерамзитобетон содержал кроме указанных материалов - 118 кг фибр из грубого базальтового волокна (ГБВ), то есть Цг = 10% (от веса цемента и песка).

В качестве опытных образцов были приняты балки прямоугольного профиля сечением 8х|2 см и длиной 150 см. Всего было изготовлено и испытано 12 опытных образцов. Схема армирования этих балок приведена на рис.2.

Шифр испытанных балок был принят следующим: H - балки из керамзитобетона без поперечной арматуры; ФН - то же, из фиброкерамзитобетона; НХ - балки с поперечной арматурой из керамзитобетона; ФНХ - то же, из фиброкерамзитобетона.

Римские цифры I и И, указанные рядом с шифром, обозначают номер серии балок, а цифры 1 и 2 - порядковый номер балки. Строчные буквы (а, б) соответствуют левому и правому приопорному участку балок.

Характеристики опытных балок приведены в табл. 1 и 2. Методика испытания

Опытные образцы испытывались кратковременной нагрузкой на специально оборудованном стенде по схеме однопролетных свободно опертых балок. Нагрузка создавалась домкратом н через динамометр системы Токаря передавалась двумя симметрично расположенными сосредоточенными силами, прнло-

Рис.1. Программа испытаний железобетонных балок для исследования влияния вида бетона и поперечного армирования на прочность и тр^шино-стойкость наклонных сечений

а)

б)

I

I 1

25 1 100 ^ 25

Ц-з

в)

, 100 Т^р25

Л) и" и ^ -). м

А 30 ^1//-- 25 40 25</4//; 30

150

208А-П

2014А-Ш 2£8А-ПГ

•

2

•

Вид каркаса сверху

05А-Ш,шаг5о

Ц 1—1 ц Коротшоя

1—4 |Р

1 ч

12

• «

2014А-Ш

Н-л . 30 ^37^25 40 ' 25-У.у 30

150

д)

25

25

"У ^тавсшгчики

/ 12

/

<

8 ^ К

по 2 см

25

5^И-4 И-2 4 И-1 4

4-

100

И-5 25

индикаторы

Рис. 2. Конструкция опытных балок и схема испытания а - балки I серии с поперечным армированием в зоне среза (НХ, ФНХ); б - то же без поперечного армирования (Н, ФН); в - балки II серии с поперечным армированием (НХП, ФНХП); г -то же без поперечного армирования; д - схема испытания.

женными на расстоянии 25 см от оси опоры. Расчетный пролег для балок первой серии составлял 100 см, а для второй - 90 см. Пролет среза, при этом, был близок к 2,511,,.

Каждая балка испытывалась дважды (второй раз после усиления разрушенного конца), что позволяло получить 24 результата.

Балки нагружались ступенями по 0,05 - 0,1 от теоретической разрушающей нагрузки соответственно до и после образования наклонных трещин. Продолжительность выдержки балок под нагрузкой составляла 5ч- 10 минут, в течение которых снимались показания тензорезисторов сопротивления и индикаторов часового типа. Нагрузка контролировалась по индикатору часового типа, установленному на динамометре.

На каждой ступени нагружения измерялись прогибы балок под сосредоточенными силами и по середине пролета, а также осадка опор, продольные деформации бетона на верхней сжатой грани и на боковых гранях в 4-х точках по высоте сечений, расположенных под сосредоточенными силами, продольные деформации растянутой арматуры в тех же сечениях и продольные деформации вдоль главных напряжений по середине пролета среза и высоты сечения (рис. 2, Д).

Производился осмотр поверхностей балки для фиксации образования трещин и замер ширины раскрытия трещин с помощью микроскопа МПБ-2.

Показания элеетротензодатчиков сопротивления фиксировались автоматически тензостанцией АИД-4М.

Для определения основных физико-механических характеристик бетонов были испытаны кубы размером 1 Ох 10x10 см на сжатие и раскол в соответствии с ГОСТ 10180-90. Призменная прочность и модуль упругости бетонов определялись по результатам испытания бетонных призм размером 10x10x40 см. Все опытные результаты приводились к образцам основных стандартных размеров с помощью коэффициентов приведения.

Таблица I

Результаты испытания керамзито- и фиброкерамзитожелезобетонныч балок первой серии

Шифр Пр^уикюшбсгона, МТ1л Усилия, kil Длима проекции Q-Г'

балок R Д., Ru О,с ечр о„ ечр е\р QJQ» наклоны* трещин,см Ой"' 0."pRn*

11-1-1а 16,2 12 1,35 7 15,5 0,45 15,0 1 1

II-I-I6 4,5 14,5 0,31 16,5

ФП-1-la 18,0 25,6 0,7 18,0

ФМ-Мб 19,3 16 2,47 14,0 26,0 0,54 8,5 1,49 0,81

ФП-1-2а 16,5 20,0 0,825 1 1,0

ФН-1-26 16,0 18,0 0,888 15,5

ПХ-1-la 15,4 11,3 1,11 12,5 19,5 0,641 13,5 1 1

IIX-I-16 12,0 20,0 0,6 14,0

ФПХ-1-la 17,5 30,0 0,583 17,5

ФПХ-1-ló 18,6 15,4 2,06 20,0 25,0 0,8 15,0 1,37 0,74

Ф11Х-1-2а 17,5 26,25 0,66 17,5

ФНХ-1-26 25,0 27,0 0,926 17,7

Таблица 2

Результаты испытания керамзита- и фиброкерамзитожелеюбетониих бапок второй серии

Шифр П(Х)ч1юсть бетона, МПа Усилия, к!1 Длина проекции 0.Г

балок Я (и «и счр 0« ем» 0- (V ечр наклоных трещин.см

Н-11-1а 13,3 11 11,1 5,0 13 0,538 18 1 1

Н-П-16 5,5 12 0,612 20

ФН-И-1а 15 20,0 0,75 17

ФИ-П-16 15,1 12,5 1,04 15 22,5 0,67 15,5 1,69 0,97

Ф11-М-2а 15 19,5 0,77 18

Ф11-11-26 15 22,5 0,67 19

11Х-Н-1а 13,9 10,3 1,05 10 20 0,5 17,5 1 1

НХ-П-16 12,5 22 0,595 21

ФИХ-!1-1а 18,0 27 0,67 16,5

ФНХ-Н-16 15.7 13 1,85 17,5 25 0,7 17,5 1,27 0,72

Ф11Х-11-2а 20,5 28 0,73 18,5

ФНХ-П-26 20 • 27 0,74 • 17,5

Речультагы исследования прочности ч тпсщнносчцйкоещ ii3Kvniiiiii.it сечений балок

Влияние фибрового армирования 6aiani.ioui.iM подокном на снимет и;) ке-рамштобетона усматривается нз данных таблиц I и 2

Среднее значение кубнковой прочности ксрам ¡нгобетона мо всем испытаниям составило 14,7 МПа, прнзменной прочности - 11.15 МПа. прочности на растяжение - 1,55 МПа и модуля упругости - 13,9-10' МПа.

При фибровом армнроватш = 10"п) базальтовым волокном показатели прочности существенно повышаются - среднее значение кубнковой прочности повышается до 17,2 МПа, то есть на 17%. прнзменной прочности - до 14,33 МПа, то есть на 27?/о и прочность на растяжение - до 2,08 МПа, то есть на 80%. Модуль упругости снижается до 11,56-103 МПа, то есть на 16,8?о.

Столь значительное изменение механических характеристик керамзитобе-тона при фибровом армировании должно сказаться и на свойствах железобетонных балок.

Результаты испытания балок по прочности и трешиностойкости наклонных сечений приведены в таблицах 1 и 2 и на рис. 3 и 4.

В балках без поперечного армирования отношение поперечного усилия

при ооразовании наклонных трещин к разрушающему усилию 0ас0ч в фибро-железобетонных балках составило в среднем 0,73, а в балках без фибр - 0,48.

В балках с поперечным армированием часть усилия воспринимается

арматурой, поэтому на бетон передается разность общего усилия и усилия, воспринимаемого арматурой. С увеличением интенсивности усилия, воспринимаемого поперечной арматурой, уменьшается усилие, передающееся на бетон, поэтому влияние свойств последнего ослабевает.

В первой серии опытов автора в железобетонных балках с поперечным армированием (106Л-1Н, шаг 5 см) интенсивность усилия, воспринимаемого поперечной арматурой составляла = 1,613 кН/см. а во второй (Ю8Л-1, шаг " см) - ^ = 1,25 кН/см.

20,

10

СС.кН

Шифр

балок

X X

е

Бетон

Керамзитобетон

Фиброкерашнтобетон

Кы, МПа

1.35

1.11

1.11

1.05

2.47

1.94

2.06

Армирование

Рис. 3. Результаты испытания балок по трещиностоЛкостн наклонных сечений с поперечной 1 !; 'I арматурой и без нее[ | .

20

10

с чр

Оа. кН

||

в

в

I

е

Керамкпобетон

Фнброкерамштобетон

1.35

111

I

1.05

2.47

1.94

2 06

I 85

Армирование сечения

я

Рис. 'I. Результаты испытания балок по прочности наклонных сечении с поперечной ГТ[; ¡1 прмпгуроП и без нее| | .

Учитывая указанные обстоятельства, определим влияние фибрового армирования на уровень трещинообразования раздельно по I и И сериям.

В балках с поперечным армированием первой серии опытов отношение Ош/^» ПРИ фибровом армировании составило в среднем 0,74 и при отсутствии фибр-0,62. В балках с поперечным армированием второй серии

ар ср

опытов отношение СЗотЛЗч составило соответственно 0,71 и 0,55.

В балках второй серии интенсивность усилия, воспринимаемого поперечной арматурой, на 23% ниже, чем в балках первой серии, позтому на бетон передается большая часть усилия. В связи с этим, влияние фибрового

еср сср

армирования на отношение (ЗотЛЗи во Н-ой серии оказалось выше, чем в 1-ой, оно соответственно составило 1.3 и 1Д.

- Таким образом фибровое армирование волокнами ГБВ повышает уровень трешинообразования наклонных сечений керамзитожелезобетоиных балок при отсутствии поперечного армирования в 1,5 раза, а при его наличии в зависимости от интенсивности поперечного армирования в среднем а 1,2...1,3 раза.

Значительное влияние фибровое армирование оказало также на ширину раскрытия трещин. Как видно из табл. 3.5 в балках первой серии при интенсивности я,» = 1,613 кН/см фибровое армирование уменьшает ширину раскрытия трещин при эксплуатационном уровне нагружения более, чем в 3 раза, а в балках второй серии при Цю»» 1,25 кН/см - более, чем в 2 раза

Таблица 3

Влияние фибрового армирования на ширину раскрытия трещин в керамзитожелезобетонных балках.

Шифр балок Ширина раскрыта* трешин а« (мм) при уровне усилия О/О, Отношение а.*^ а« при

0.6 0.8 1.0 0.6 0.8 1.0

НХ-1-1 0.28 0.36 0.57 1 1 1

ФНХ-1-1 0,05 0,10 0.35 0.18 0.28 0.61

ФНХ-1-2 0.07 " 0.11 - 0.32 0.25 0.31 0.56

НХ-11-1 0.15 0.57 0,82 1 1 1

ФНХ-П-1 0,05 0.20 0.47 0.33 0.35 0.57

ФНХ-Н-2 0,10 0.25 0.5 0,67 0,44 0,61

Фибровое армирование практически не оказало влияния на .характер разрушения опытных образцов. Однако на прочность балок по наклонным сечениям влияние фибр оказалось существенным. Особенно значительно это влияние а балках без поперечного армирования. Прочность наклонных сечений в таких балках при фибровом армировании в 1,5... 1.7 раза больше, чем в балках без фибр.

В балках с поперечным армированием часть усилия передается на поперечную арматуру, поэтому влияние свойств бетона ослабевает. Прочность наклонных сечений в балках с поперечным армированием при наличии фибр в 1,3...1,4 раза превышает прочность балок без фибрового армирования.

Повышение прочности наклонных сечений в балках с фибровым армированием обуславливается значительным увеличением прочности на растяжение керамзитобетона при фибровом армировании. Если исключить этот

фактор, то есть сравнивать отношения ИьЛ^К ы, то значение этого отношения для балок с фибрами становится ниже, чем балок без фибр (табл. 1 и 2). Деформативность фиброкера.мзитожелезобетонных балок

С целью определения влияния фибрового армирования на деформативность керамзитожелезобетонных балок при значениях 11/1 > 1/10, когда влияние сдвиговых деформаций существенно, при испытании балок измерялись продольные деформации бетона в четырех точках по высоте сжатой зоны сечения под сосредоточенными силами и прогибы балок по-середине, под сосредоточенными силами и по оси опор (осадка опор).

По результатам измерений продольных деформаций бетона построены эпюры, по которым определялись высота сжатой зоны х и значения кривизн по зависимости 1/г = Еь/х. Опыты показали, что "предельные'' деформации сжатия фибробетона при изгибе на 17...33% больше, чем в аналогичных балках -без фибрового армирования.

Это с одной стороны позволяет на столько же увеличить расчетное сопротивление сжатию в арматуре сжатой зоны, с другой - способствует увеличению прогибов балок.

Прогибы керамзитожелезобетонных балок до образования трещин при фибровом армировании увеличиваются в сравнении с прогибами балок без фибр в среднем на 12%, а после образования трешин - на 15%. Это является следствием пониженных значений модуля упругости фиброкерамзитобетона.

Анализ сходимости опытных значений прочности наклонных сечений с теоретическими, вычисленными по методике норм и на основе новой модели НИИЖБа показал, что последняя более полно учитывает специфические особенности фиброкерамзитобетона. Однако, оба метода нуждаются в существенной корректировке, связанной с особенностями сопротивления по наклонным сечениям элементов из фиброкерамзитобетона.

При расчете наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных изгибаемых элементов без поперечной арматуры по методике норм коэффициенты Фьз и фы могут быть приняты такими же, как в балках без фибр. Повышение значения поперечной силы, воспринимаемой сечением при фибровом армировании в этих случаях достигается только за счет увеличения прочности на растяжение и срез фибробетона.

Расчет прочности наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных балок с поперечным армированием следует производить при рекомендуемом значении коэффициента Фь: = 1,5, что существенно улучшает сходимость с опытными данными в сравнении с расчетом по нормам.

Для расчета наклонных сечений на основе модели НИИЖБа по экспериментальным данным определены значения'параметров шэ и (1)4, характеризующих полноту эпюры касательных напряжений, и внесены коррективы в формулу для определения прочности фиброкерамзитобетона на срез.

Внесенные в методику НИИЖЕа коррективы, отражающие специфические особенности фиброкерамзитобетона, значительно улучшили сходимость опытных данных с теоретическими - сумма квадратов отклонений для балок с поперечной арматурой уменьшилась в 10 раз, а для балок без поперечной арматуры -в 33 раза.

При вычислении ширины раскрытия наклонных трешин по эмпирической формуле норм для элементов из фиброкерамзитобетона предлагается значение усилия С?ы, воспринимаемого бетоном, определять с учетом повышенной прочности на растяжение при сохранении неизменным значения коэффициента фьз, а коэффициент г| при стержневой арматуре периодического профиля следует принимать равным 0,7.

Для приближенного учета влияния сдвиговых деформаций на прочность фиброкерамзитожелезобетонных балок в стадии работы без трещин коэффициент фы рекомендуется принимать равным: при 1/10 < 1т/1 < 1/8 - 0,84, а при 1/8 < 11/1 < 1/7-0,7.

После образования нормальных и наклонных к продольной оси элемента трешин влияние сдвиговых деформаций на прогибы керамзито- и фиброкерамзитожелезобетонных балок существенно возрастает, причем в тем большей степени, чем больше отношение высоты сечения к пролету балки (11/1). При М = 1/7,5 доля прогиба, вызванного сдвигом, составляет более 24%.

Расчет прогибов фиброкерамзитожелезобетонных балок при ЬЛ > 1/10 необходимо производить с учетом сдвиговых деформаций. При этом следует учитывать особенности свойств фиброкерамзитобетона - пониженные значения модуля упругости и модуля сдвига, а также повышенную трещиностойкость.

Исследование сцепления стальни» стержневой арматуры с фнбробетоиом

На качество анкеровки арматуры в бетоне при прочих равных условиях существенное влияние оказывают физико-механические свойства бетона, в частности, сопротивление механическим воздействиям и объемно усадочные деформации.

Включение в состав бетона фибр из ГБВ значительно повышает сопротивление бетона растяжению и срезу. Это в свою очередь должно повысить значение выдергивающего усилия. Повышенная прочность и деформативность фибробетона повлияют на длину зоны анкеровки стержня в нем, а также на деформативность анкеровки.

В связи с этим была поставлена задача провести экспериментальные исследования с целью установить влияние фибрового армирования керамзитобе-тона волокнами ГБВ на сцепление со стержневой арматурой и разработать рекомендации по определению длины зоны анкеровки стержневой арматуры в ке-рамзитофибробетоне.

В соответствии с задачами исследования в качестве опытных образцов были приняты стандартные призмы сечением 150х 150x600мм, по геометрической оси которых были установлены по одному стержню периодического профиля диаметром 14 мм из арматуры класса А-У. Всего было изготовлено 7 призм: две из керамзитобетона и пять из керамзитофибробетона с содержанием грубого базальтового волокна 10 и 15%.

Основные опытные образцы испытывались на специально оборудованной установке, смонтированной на разрывной машине с усилием 500 кН. Призмы • нагружались ступенями, составляющими 1/10 - 1/20 от разрушающей нагрузки. Время выдержки призм под нагрузкой на каждой ступени испытания составляло 3 - 5 минут, необходимых для снятия показания приборов.

Для определения напряженно-деформированного состояния арматуры на крайних фибрах стержней на длине зоны анкеровки до бетонирования призм

2.1

наклеивались тензорезисторы сопротивления с базой 20 мм. Датчики покрывались вначале водоизолирутошим составом, состоящим в равных долях из канифоли и воска, а затем слоем эпоксидной смолы для придания защитного панциря. На поверхности бетонных призм наклеивались тензорезисторы сопротивления с базой 50 мм, которые позволяли регистрировать напряженно-деформированное состояние бетона. Деформации бетона и арматуры фиксировались с помощью автоматического измерителя деформаций АИД-1М.

По результатам испытаний были определены абсолютные и относительные значения выдергивающего усилия N. Отношение выдергивающего усилия Ыф в элементах из керамзитофибробетона к усилию N в таких же элементах, но без фибр, оказались равными 1,7 ( при цг = 10%) и 1,34 (при цг = 15%). Если же сравнивать относительные значения выдергивающих усилий, то есть взять отношение ЫфЯьЛЧЯ^, то при рг= 10% оно составит 1,3, а при рг= 15% - 1,18. Такое же влияние фибровое армирование оказывает на средние условные касательные напряжения сцепления. Это является следствием повышенного сопротивления фибробетона растяжению, сжатию и срезу.

По значениям относительных деформаций арматуры и бетона вдоль зоны анкеровки были построены графики, на основании этих данных построена зависимость длины зоны анкеровки !„„ от призменной прочности бетона Яь. Опытные значения длины зоны анкеровки оказались близки к зависимости, принятой в нормах, которая при снятых запасах (при ДХап = 0) имеет вид 1ап = ШлпсШзЖь. Это свидетельствует о том, что длину зоны анкеровки арматуры периодического профиля в элементах из фибробетона при одинаковой призменной прочности можно принимать такой же, как в элементах из бетона без фибрового армирования. Иначе говоря значение коэффициента ыа„ при определении длины зоны анкеровки по зависимости, приведенной в нормах, можно принимать для элементов с фибровым армированием и без него одинаковым. Однако учитывая, что фибровое армирование повышает призменную прочность при цг= 10% на

20...25%, а при цг= 15% - на 10...20%, длина зоны анкеровки в элементах из фибробетона окажется меньше, чем при отсутствии фибрового армирования на 10...25%.

Качество анкеровки стержня в бетоне характеризуется не только прочностью заделки, но и деформативностью. Для оценки деформативности заделки стержня в бетоне по результатам измерений смешений были построены графики смещения загруженного & конца стержня.

Опыты показали, что при фибровом армировании бетона смещение арматурного стержня уменьшается, следовательно фибровое армирование увеличивает не только прочность анкеровки арматуры в бетоне, но и уменьшает дефор-мативность. Основные выводы

1. При фибровом армировании керамзитобетона грубым базальтовым волокном (ГБВ) и оптимальном содержании последнего(цг= 10%) кубиковая прочность повышается в среднем на 17%, призменная прочность - на 27%, прочность на растяжение - на 80%, а модуль упругости снижается на 15...17%.

ехр ехр

2. Уровень усилия при образовании наклонных трещин (ЗспЛ}и в фиброкерамзи-тожелезобетонных балках без поперечного армирования в 1,5 раза выше, чем в таких же балках без фибрового армирования.

3. В балках с поперечным армированием степень повышения уровня трещино-образования, вызванного фибровым армированием, зависит от интенсивности усилия, воспринимаемого поперечной арматурой. С его увеличением влияние фибрового армирования ослабевает. Так, при я,™ = 1,3 кН/см уровень трещи-нообразования при фибровом армировании повысился в 1,3 раза, а при = 1,6 кН/см - в 1,2 раза.

4. Ширина раскрытия наклонных трещин при фибровом армировании керамзи-тожелезобетонных балок уменьшается в сравнении с балками без фибр в 2...3 раза.

5. Прочность наклонных сечений керамзитожелезобетонных балок без поперечной арматуры при фибровом армировании увеличивается в 1,5.„1.7 раза, а при наличии поперечного армирования - в 1.3... 1,4 раза.

6. При расчете наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных изгибаемых элементов без поперечной арматуры по методике норм коэффициенты фъ.1 и <ры могут быть приняты такими же, как з балках без фибр. Повышение значения поперечной силы, воспринимаемой сечением при фибровом армировании в этих случаях достигается только за счет увеличения прочности на растяжение и срез фибробетона.

7. Расчет прочности наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных балок с поперечным армированием следует производить при рекомендуемом значении коэффициента <ръг " 1,5, что существенно улучшает сходимость с опытными данными в сравнении с расчетом по нормам.

8. Для расчета прочности наклонных сечений на основе новой модели НИИЖБа экспериментальным путем определены коэффициенты и аи, характеризующие полноту эпюры касательных напряжений в элементах из фиброке-рамзитобетона и внесены коррективы в формулу для определения прочности фибробетона на срез. Использование этих рекомендаций привело к значительному уменьшению суммы квадратов отклонений теоретических значений прочности наклонных сечений от опытных - в балках с поперечной арматурой - в 10 раз, а без нее - а 33 раза.

9. При вычислении ширины раскрытия наклонных трешин по эмпирической формуле норм для элементов из фиброкерамзитобетона предлагается значение усилия Qbi, воспринимаемого бетоном, определять с учетом повышенной прочности на растяжедие при сохранении неизменным значения коэффициента <ры, а коэффициент г) при стержневой арматуре периодического профиля следует принимать равным 0,7.

10. Для приближенного учета влияния сдвиговых деформаций на прогибы фиброкерамзитожелезобетонных балок в стадии работы без трещин коэффициент

<Ръ, рекомендуется принимать равным: при 1/10 < М <1/8 - 0,84. а при 1/8 : Ь/1 < 1/7 - 0.7.

11. После образования нормальных и наклонных к продольной оси элемент: трешин влияние сдвиговых деформаций на прогибы керамзито- и фиброке рамзитожелезобетонных балок существенно возрастает, причем в тем большей степени, чем больше отношение высоты сечения к пролету балки (ИЛ) При Ы\ = 1/7,5 доля прогиба, вызванного сдвигом, составляет более 24%.4

12. Расчет прогибов фиброкерамзитожелезобетонных балок при 11/1 >1/10 необходимо производить с учетом сдвиговых деформаций. При этом следует учитывать особенности свойств фиброкерамзитобетона - пониженные значения модуля упругости и модуля сдвига, а также повышенную трещиностой-кость.

13. Выдергивающее усилие арматуры периодического профиля и условные средние касательные напряжения сцепления арматуры с керамзитофибробе-тоном в 1,3.„1,7 раза больше, чем в элементах без фибрового армирования. Относительное значение выдергивающего усилия N/1^ при фибровом армировании выше, чем без него в 1,2... 1,3 раза.

14. Коэффициент Саш при определении длины зоны анкеровки арматуры периодического профиля в фибробетоне может быть принят таким же, как в обычном бетоне. Однако учитывая, что фибровое армирование повышает приз-менную прочность наЮ...25%, длина зоны анкеровки на столько же уменьшается.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Маилян Р.Л., Польской Г1.П., Аль-Хужейри X. Особенности работы ке-рамзитобетонных балок при воздействии поперечных сил. - В кн. "Совершенствование расчетов, проектирования и изготовления строительных конструкций". - СевкавНИПИагропром, Ростов-на-Дону, 1995. - с. 16-20.

2. Аль-Хужейри X. М., Польской П.П. Сопротивление поперечной силе керамзитофиброжелезобетонных балок. - В кн. "Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций (Материалы международной научно-технической конференции 12-15 декабря)". - РГАС, Ростов-на-Дону, 1994. - с. 147 - 152.

3. Аль-Хужейри X. М., Польской П.П., Джаварбех М. Сцепление стальной стержневой арматуры с керамзитофибробетоном. - В кн. "Строительные конструкции, материалы и методы производства работ". - СевкавНИПИагропром, РГАС. - Ростов-на-Дону. 1996. - с. 7 - 11.

4. Рекомендации по проектированию железобетонных конструкций из ке-рамзитобетона с фибровым армированием базальтовым волокном. - СевкавНИПИагропром, РГАС. - Ростов-на-Дону, 1996. - 14 с. (соавтор Аль-Хужейри X.).

5. Аль-Хужейри X. М., Польской П.П. К расчету прочности наклонных сечений фиброкерамзитожелезобетонных балок на основе расчетной модели НИИЖБа. - Доклады Международной научно-практической конференции. -Ростов-на-Дону: РГСУ, 1997.