автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и трещиностройкость наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов при различных видах бетона и формах сечений

На правах рукописи

V г)

ПОЛЬСКОЙ ПЕТР ПЕТРОВИЧ

ПРОЧНОСТЬ И ТРЕЩКНОСТОЙХОСТЪ НАКЛОННЫХ СЕЧЕНИЙ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ БЕТОНА И ООРГЛАХ СЕЧЕНИЯ

Специальность 05 23.01 - Строительный конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Росгов-нз-Дону 1398

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

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Маилян Р. Л.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук, профессор

Пересылки» E.H. - кандидат технических наук Пойменов Ю.А.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - институт СешсавНИПИагролром

Защита состоится 17 марта 1998 г. в 10 ч15 мин. на заседании диссертационного совета Д.063.64.01 в Ростовском государственном строительном университете по адресу:

344022, г.Ростов-на-Дону, ул Социалистическая, 162, ауд.232

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в защите и направить отзыв по адресу: 344022, Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая, 162, РГСУ

Автореферат разослан -/3- февраля Ученый секретарь специализированного совета

1998 г.

доктор технических наук

Б. В. Соболь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теяы. Повышение эффективности строительного производства невозможно без применения новых прогрессивных материалов я конструкций, в частности, эффективных конструкций из различных еидоз батона. Развитие последних тесно связано с опережающим ростом конструкций из бетонов нз пористых заполнителях, среди которых наибольшее распространение имеет керамзитобетон. Однако более дешевыми являются бетоны на природных заполнителях, з особенности, если они являются отходами производства природного пиленого камня. К таким заполнителям относятся пемза, туф, известняки-ракушечники, последние из которых особенно широко распространены на юге России и странах ближнего зарубежья (Республики Закавказья, Средняя Азия, Казахстан, юг Украины, Молдавия).

Особый интерес представляют фибробетоны, в том числе на основе грубого базальтового волскнз (ГБВ), которые все шире внедряются а производство.

Широкое при»е>»ение различных еидоз бетона вызывает настоятельную необходимость развития и совершенствования методов расчета железобетонных конструкций с учетом специфических особенностей материалов. Среди вопросов теории железобетона наименьшая ясность о влиянии вида бетона имеется в расчете железобетонных конструкций по наклонному сечению Из всех расчетных моделей наиболее признанными и перспективными являются методики расчета СНиП 2.03.01-84* и НИИЖБа. Вместе с тем, основные рекомендации норм не учитывают, как известно, влияние формы сечения на трещиностойкость наклонных сечений; в них в явном пиде не учитывается влияние пролета среза и процента продольного армирования иа прочность наклонных сечений; отсутствуют указания по расчету дисперсно армированных конструкций. Методика НИИЖБа, предложенная А.С Залесовым, лишена указанных недостатков, однако, она разработана для элементов из тяжелого бетона.

Становится вполне очевидной необходимость дальнейшего совершенствования обеих методик, которое осуществлено на базе экспериментально-теоретических исследований, выполненных по единой методике в соответствии с общероссийской программой "Архитектура и строительство" и фантом на 1995-1996 годы.

Цель диссертационной работы: Исследовать физихо механические свойства четырех наиболее характерных видов бетона з тем числе дисперсно армиог

ванных и провести на т основе экспериментальные исследования несущей способности наклонных сечений изгибаемых железобетонных балок различной формы сечения; установить влияние вида бетона на прочность и трещмностойхость наклонных сечений и ширину раскрытия наклонных трещин о элементах различного профиля; на базе экспериментальных данных автора с привлечением опытных дэнных других исследователей разработать практические рекомендация по совершенствованию методики СНиП 2.03.01-84* в части учета вида бетона, формы сечения, относительного пролета среза и продольного армирования; исследовать новую методику НИ-ИЖБа с целью ее распространения на элементы из различных видов бетона при сложных формах сечения; определить экономическую эффективность от внедрения предложенных расчетных рекомендаций.

Автор защш&аат:

- новые экспериментальные данные по прочности, трещиностойкости наклонных сечений и ширине раскрытия наклонных трещин изгибаемых железобетонных элементов пяти форм сечения, изготовленных из бетомов : тяжелого на плотном известняке, облегченного на изаесгняхе-ракушечннке, легкого на керамзите и фиб-рокерамзитобетона на основе ГБВ;

- предложения по учету вида бетона и формы сечения изгибаемых элементов при расчете прочности и трещиностойкости наклонных сечений по действующим нормам и методике НИИЖБа;

- новые данные о распределении напряжений в хомутах в пролете среза для элементов из различных видов бетона;

- новые данные о влиянии пролета среза и процента продольного армирования на прочность наклонных сечений элементов из тяжелого и легких бетонов и предложения по их учету при расчете прочности наклонных сечений по методике норм;

- предложения по учету вида бетона при расчете ширины раскрытия наклонных трещин по действующим нормам;

- экономическую эффективность от внедрения предложенных расчетных рекомендаций.

Научная новизна работы:

- Получены новые экспериментальные данные по прочности и трещиностойкости наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов пяти форм сече-

ния, изготовленных из тяжелого, облегченного и легкого батонов и испытанных в одинаковых условиях по единой методике;

- получены новые экспериментальные данные по прочности и трещиностой-хости наклонных сечений керзмзитожелезсбетонных балок с фибровым армированием бальзатооым волокном;

- получены новые данные о слиянии вида бетона и формы сечения иа ширину раскрытая наклонных трещин;

- получены новые данные о зависимости напряжений в хомутах от уровня нагрузки в пролете среза для различных видоо бетона;

- получены новые данные о влиянии процента продольного армирования на прочность наклонных сечений элементсз, изготовленных из различных видов бетона;

- разработаны рекомендации по учету свойств различных бетонов при расчете прочности наклонных сечений изгибаемых элементов по двум методикам;

- разработаны рекомендации по учету свойств различных бетонов и профиля элементов на трещиностойкость наклонных сечений изгибаемых железобетонных балок при расчете по деум методикам;

- разработаны рекомендации по учету пролета среза и форуы сечения при расчете прочности наклонных сечений по методике норы;

- разработаны рекомендации по учегу вида бетона на ширину раскрытия наклонных трещин при расчете по методике норм;

- дана оценка экономической эффективности при внедрении предложенных рекомендаций.

Дастоварность полученных результатов исследований и предложенных рекомендаций по проектированию и расчету изгибаемых железобетонных элементов по наклонным сечениям из четырех видов бетона обеспечена научной обоснованностью и высоким уровнем статистической надежности, полученных при обработке более 450 результатов тщательно проведенных экспериментов.

Практическое значение и внедрание разультзтоп работы Полученные результаты и основанные на них рекомендации позволили повысить надежность и экономичность изгибаемых железобетонных элементов, выполненных из тяжелого, облегченного и легкого бетонов при наличии или отсутствии о последнем фибрового армирования Предложения по расчету элементов из бетонов на известняке-ракушечнике вошли составной частью в п.п 3 29 - 3.33 СНиП 2 03 01 -84* С участи-

ем автора разработан ГОСТ-22263-76 Щебень и песок из пористы* горных пород. Технические условия".

Данные по сопротивлению поперечной силе изгибаемых железобетонных элементов на известняхе-рахушечнике и керамзитофибробетоне использованы в "Рекомендациях по проектированию бетонных и железобетонных конструкций на природных пористых заполнителях Северного Кавказа" (СКНЦ ВШ. НТО Стройинду-стрии, РИСИ, СевхавНИПИагропром, 1989) и в "Рекомендациях по проектированию железобетонных конструкций из керамзмтобетона с фибровым армированием базальтовым волокном" (СевкаеНИПИафопром, РГАС, 1396).

Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете. Ростовском государственном архитектурном институте и проектных институтах "СевкавНИПИагропром" и "ПромсгройНШпроект*.

Апрсбацмя работы и публика щей.

Основные положения диссертации опубликованы в 24 работах.

Материалы диссертации доложены и получили одобрения на научно-технических конференциях Ростовского инженерно-строительного института (1976, 1977, 1978, 1979 гг.), на Всесоюзной конференции по легким бетонам (г.Ереван, 5-7 августа, 1985г.), на Международной научно-технической конференции "Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций" (г.Ростов-на-Дону, РГАС, 1994 г.), научно-технических конференциях Ростовской государственной академии строительства (1995 и 1996 гг.), Международной научно-практической конференции (г.Ростов-на-Дону, РГСУ, 1997 г.).

Диссертационная работа выполнялась на кафедре железобетонных и каменных конструкций Ростовского государственного строительного университета под руководством заслуженного деятеля науки и техники РФ, доктора технических наук, профессора Р.Л.Маилянз. Автор пользовался консультациями заведующего лабораторией теории железобетона НИИЖБа, доктора технических наук, профессора А.С.Залесова.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 262 страницы, 56 рисунков, 53 таблицы, 175 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса. Исследованию прочности и трещиностойхостм наклонных сечений железобетонных элементов посвящены работы Т.И Барановой, В.Н.Байкова, М.С.Боришанского, П.И.Васильева, А.А.Гвоздева, А.Б.Гояышева, Л.А Дорошкевича, А.С.Запесова, А.С.Зорича, Ю.Л.Изотова, И.Б.Игнатавичуса, О.Ф.Ильина, В.И.Колчунова, Н.А.Корнева, А.П.Кудзиса, А.А.Кудряацепа, Л.В.Кузнецева, Р.Л.Маиляна, В.В.Михайлова, В.П.Митрофанова, Б.Н.Оныскива, В.А.Отсмаа, А.Б.Пирадова, Ю.А.Пойменоза, П.И.Пукелиса, У.В.Раукас, И. А. Титова,

A.Л.Шнюшлы, Б А.Шостака, Л.Бзрановского, Б.Бреслера, РВальтера,

B.Вайсенберга, Т.Гиенго, Г.Кани, В.Крефельда, Ф.Леонгардта, П Ригана, Р.Тейлора, Д.Хзнсона и др.

Их анализ показывает, что в настоящее время накоплен большой экспериментальный материал по несущей способности элементов из тяжелого бетона. Для элементов из легких бетонов при марке по средней плотности Д 1800 и менее и марке Д 1 900 и более {которые в настоящей диссертационной работе в целях удобства изложения материала названы облегченными бетонами) - данных значительно меньше. Сведения о сопротивлении действию поперечных сил керамзмтофиброба-тона единичны. Данные о прочности наклонных сечений элементов из облегченного бетона на известняках-ракушечниках все еще малочисленны, а по трещиностойко-сти - отсутствуют. Не проводились также исследования, выполненные одновременно по единой методике на балках различной формы сечения из тяжелого, облегченного и легкого бетонов, которые позволяют путем прямого сопоставления получить бол>эе достоверные данные о влиянии вида бетона на величину предельной поперечной сипы, момент трещинообразования и ширину раскрытия наклонных трещин в элементах различного профиля В связи с этим, рекомендации СНиП 2.03.01-84* в отношении прочности и трещиностойкости наклонных сечений железобетонных элементов на некоторых видах пористых заполнителей из-за отсутствия достаточных экспериментальных данных приведены с излишней осторожностью. Вместе с тем, вызывает сомнение возможность распространения формулы норм для определения ширины раскрытия наклонных трещин в элементах из бетонов на пористых заполнителях, так как их трещиностойкость ниже.

До сих пор нет единого мнения в отношении степени влияния на прочность наклонных сечений относительного пропета среза, продольного армирования фор-

б

мы поперечного сечения элементов и других факторов. Существующие предложэ-ния учитывают, как правило, лишь один из перечисленных факторов, а не их совместное влияние.

Указанного недостатка лишены новые расчетные модели НИИЖБа и НИИ-СКа, которые основаны на определении внутренних усилий, исходя из фактического напряженно-деформированного состояния в элементе. Однако эти методики разработаны и проверены пока только для элементов из тяжелого бетона. Необходимо распространить их на элементы из других видов бетона.

Свойства бетонов, использованных в опытах. Для тяжелого бетона при-»зенялся плотный щебень крупностью 5-20 мм Жирновсхого карьера Ростовской области и Каракубского карьера Донецкой области с насыпной плотностью 1450 кг/м3 и маркой по прочности - 600. Мелким заполнителем являлся кварцевый песок с насыпной плотностью 1650 кг/ м3 и модулем крупности - 1,22.

Облегченный бетон приготовлялся на щебне и песке, полученных дроблением известняка-ракушечника Первомайского карьера Анапского района. Предел прочности при сжатии исходной породы - 5,3 ...6,5 МПа, насыпная плотность щебня фракции 10-20 мм - 813 кг/ м3 , пористость зерен 31%, прочность при сжатии в цилиндре -1,2 МПа. Песок-ракушечник франции до 5 мм имеет модуль крупности 2,57 и насыпную плотность 1250 кг/ м3.

Легкий бетон изготовлялся на керамзите Ростовского завода с насыпной плотностью фракции 5-20 мм - 670 кг/ м3 и прочностью при сжатии в цилиндре фракции 10-20 мм -1,72 МПа. Мелким заполнителем служил тот же кварцевый песок.

Плотность бетонов прочностью 30 МПа составила: тяжелого - 2370 кг/ м3 , облегченного - 2050 кг/ м3 и легкого - 1765 кг/ м3 .

Для фиброкерамзитобетона применялся аналогичный керамзит крупностью 2,5 ... 10 мм и кварцевый песок с насыпной плотностью 1475 кг/ м3 и модулем крупности -1,5. Этот бетон содержал также 10% ГБВ от суммарного веса цемента и песка. которое характеризовалось следующими показателями: диаметр - 160-260 Мкм; плотность 2,85 г/ см3; прочность на растяжение - 400 МПа; модуль упругости 9275 МПа; удлинение при разрыве - 0,27%. Плотность фиброкерамзитобетона составила 1750 кг/м3.

Испытание 85 призм показало, что призменная прочность тяжелого бетона близка к значениям, рекомендуемым нормами, а облегченного и легкого бетонов -несколько выше { = 0.85Я ). Начальные модули упругости облегченного и легкого

бвтомоз прочностью 30 МПа соответственно на 33 и 55% ниже, чем тяжелого. Коэффициенты упругости при осевом сжатии а завжядаоста от уровня нэгружения рекомендуется определять по формулам:

для тяжелого бетона - V = 1 - К (сть / Я»)2; (1)

для облегченного и легкого - у = 1 - К (съ / (2)

где К - для тяжелого, облегченного и легкого бетоноз соответственно равны 0,35; 0,21; 0,15.

Коэффициенты Пуассона при аь / Р*ь = 0,5 равны 0,2 - для тдасалого бетона, 0,23 - для облегченного н 0,245 - для легкого.

Нижняя граница микрораэрушений в тяжелом бетоне находилась ка уровне (0,20 ... 0,37) Яь . в облеменном - (0,35 ... 0,42) и в легком - (0,55 ... 0,71) Я с, . Верхняя граница для указанных бетонов находилась соответственно на уровнях (0,71 ... 0,79) Яь ; (0,83 ... 0,92) % и (0,92 ... 0,97)

Прочность на растяжение облегченного и легкого бетоноз при прочности бетона до 20 МПа не ниже, чем тяжелого. При более высокой прочное™ относительная прочность на растяжение снижается и при прочности 30 МПа становится на 20% ниже, чем тяжелого.

При фибровом армировании керамзитобетона грубый базальтовым еолох-ном кубиковая прочность повышается в среднем на 17%, лризменная прочность - на 27%, прочность на растяжение - на 80%, а модуль упругости снижается на 15-17%. При этом, величина Яй = 0,83Я, а предельные деформации при сжатии и растяжении возрастают соответственно на 130 и 140 ... 150 %.

Программа и методика экспериментального исследооаиия сопротивления железобетонных балок поперечной сила.

Программа испытаний была разбита на два этапа. На первом этапе изучалось влияние на прочность и трещиностойкость наклонных сечений вида бетона, формы сечения и поперечного армирования, при пролете среза около 2 Ь0. На втором этапе изучалось влияние фибрового армирсозния базальтовым волокном на прочность и трещиностойкость наклонных сечений балок при пролете среза 2,5 Но.

Опытные балки I этапа имели пять форм (рис.1) поперечного сечения тавровое с полкой в растянутей зоне - тип "А"; двутавровое - тип "Б"; тавровое с полкой

го

в сжатой зоне - "В"; прямоугольное с шириной, равной ширине полки - "Г* и прямоугольное с шириной, равной ширине стенок тавровых и двутавровых балок - "Д". Все опытные балки имели одинаковую длину - 225 см и высоту - 30 см.

Для исследования влияния поперечного армирования, поперечные стержни устанавливались только на одной половине балок. При первом испытании балок разрушение происходило по участку без поперечной арматуры. После ее усиления стальными накладками, балка испытывалась повторно до разрушения участка с поперечной арматурой. Было испытано 36 балок и получено 72 результата.

Эксперименты, за исключением пробных образцов, проводились на двух или четырех балках-близнецах. Образцы всех пяти типов сечений имели одинаковое по площади поперечное (06,5 А-1 с шагом 100 мм) и продольное ( 3016 А-Ш или 2020 A-III) армирование и отличались только видом бетона. Кубиховая прочность бетонов в день испытания балок составляла 28 ... 35 Мпа.

На втором этапе исследований керамзито- и фибракерашнтожелезобетон-ньге балки имели сечение 8 х 12 см и длину 150 см. Было испытано 12 балок, разбитых на две серии, и получено 24 результата. Продольная рабочая арматура всех балок была принята из 2 014 А-Ш. В каждой серии были предусмотрены как балки с поперечной арматурой, так и без нее. В первой серии поперечные стержни были приняты 06 A-III с шагом 50 мм, а второй - 08 A-I с шагом 70 мм. Кубиховая прочность бетонов в день испытаний составляла 13,3 ... 16,2 МПа в балках из керамзи-тобетона и 15,1 ... 19,3 МПа - выполненных из фиброкерзмзигобетона.

На обоих этапах исследования балки нагружались ступенями по 0,05-0,1 от предполагаемых усилий трещинообразования и разрушения соответственно. Продолжительность выдержки балок под нагрузкой на каяодой ступени загружения составляла 15-20 минут на I этапе и 5-10 минут - на втором.

В процессе испытания измерялись деформация поперечной и продольной арматуры в пределах пролета среза, деформации бетона в различных точках по высоте и длине балок, втягивание продольной арматуры на торцах балок, перемещения (прогибы) в характерных точках. Деформации продольной и поперечной арматуры измерялись с помощью гидроизолированных тензорезиегторов, наклеенных на реборды арматурных стержней. На втором этапе замерялись аналогичные параметры, за исключением деформаций продольной и поперечной арматуры.

Результаты экспериментов. Опыты показали, что разрушающие поперечные усилия Que4> при приблизительно одинаковой кубиковой прочности бетона име-

ют наибольшие значения в элементах из тяжелого бетона и зависят от поперечного армирования. При отсутствия поперечной арматуры эти усилия для элементов из бетона на известняка-рахушачнихе в среднем на 19,5%, а для керамзитобетона на 21% ниже, чем при тяжелом бетоне. Поперечное зрмирование уменьшает степень снижения прочности до 8,5 и 12,4%. При этом уровень образования наклонных тре-щян Си**/ Ой6*" в элементах из облегченного бетона на 15,6-21,5%, а легкого - на 27,6-33% ниже, чем при тяжелом бетоне. Последнее объясняется, главным образом, пониженным сопротивлением пористых бетонов растяжению.

Заметное влияние на величину Оасе*р м 0ив5р при прочих равных условиях оказывает форма сечения. Элементы таврового с полкой в сжатой зоне и двутаврового сечений по сравнению с прямоугольными независимо от вида бетона на 20-40% прочнее. При этом, наибольшее значенью усилия Оиеч> наблюдается в элементах таврового сечения с полкой в смятой зоне, а наиболее высокий уровень образования наклонных трещин - в балках таерового сечения с полкой в растянутой зоне. С увеличением процента продольного грмирозания и игс&тента инерции сечения аркатуры степень ее участия в восприятии поперечной силы возрастает. Значения поперечной силы, воспринимаемой продельной арматурой, практически нэ зависят от вида бетона и формы сечена балок. Доля участия поперечной арматуры в восприятии поперечных сил в пределах всего пролета среза в элементах из бетонов на пористых заполнителях несколько выи», чем в балках из тяжелого бетона, т.к. растяжимость выше.

Средние относительные деформации хомутов, пересеченных наклонной трещиной, в балках из облегченного и легкого бетонов при эксплуатационных на-фузках выше, чем в элементах из тяжелого бетона. Это приводит к увеличению ширины раскрытия наклонных трещин в элементах из бетона на пористых заполнителях.

Испытание балок на втором этапе исследований показало, что в балках без поперечного армирования отношение Осг/*р I ОиСхр в фиброжелезобетонных балках составило в среднем 0,73, а в балках без фибр - 0,48. При наличии хомутов на бетон передается разность общего усилия От?** и усилия, воспринимаемого поперечной арматурой.

Учитывая , что в балках первой серии величина а5„= 1,613 КН/см, а во второй - = 1.25 КН/см. влияние фибрового армирования на уровень трещинообразо-вания было определено раздельно.

В балках с поперечным армированием первой серии опытов отношение О«""/Que4> при фибровом армировании составило в среднем 0,74, а при их отсутствии - 0,62. Во второй серии - Оа<?ф / Qu**" составило соотаетствеьно 0,71 и 0,55. Таким образом, фибровое армирование волокнами ГБВ повышает уровень тращн-нообразования наклонных сечений херамзитожалезобетонных балок при отсутствии поперечного армирования в 1,5 раза, а при его наличии в зависимости от интенсивности поперечного армирования - в среднем в 1,2... 1,3 раза.

Значительным оказалось влияние фибр и на прочность наклонных сечений. В балках без поперечной арматуры фибровое армирование увеличивает прочность наклонных сечений керашитобетонных балок в 1,5 ... 1,7 раза, а при налнчми поперечной арматуры - в 1,3 ... 1,4 раза. Однако при этом отметим, что 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 Очф"" Rfci / Qu'^R«0, то значение этого отношения для балок с фибрами становится низме, чем балок без фибр.

Рекомендации по учету вада бетона и формы сечения при расчет» по образованию и ширина раскрытия наклонных трещин Трещиностойкость балок из бетонов на известняке-ракушечнике занимает промежуточное положение по сравнению с трещиностойкостью балок из тяжелого и легкого бетонов. Средние значения коэффициента <рьзе1фдля элементов из тяжелого, облегченного и легкого бетонов при нагрузках образования первой наклонной трещины соответственно равны: 0.615; 0.541; 0,454.

На основании статистической обработки экспериментальных данных для оценки трещиностойхости наклонных сечений балок из бетонов на известняке-ракушечнике расчетное значение коэффициента фьз рекомендуется принимать равным 0,5. К настоящему времени эти рекомендации в действующих нормах уже учтены. Приближенную зависимость опытных значений фьз от плотности бетона в интервале уь = 1,7... 2,4 г/ м3 можно выразить формулой <рьзе;ф = 0,263

Результаты экспериментов показали, что на значения коэффициента <рьз существенное влияние оказывает форма поперечного сечения балок. При этом полка, расположенная в растянутой зоне, повышает относительное усилие образования наклонных трещин, а в сжатой зоне - наоборот ухудшает. С учетом изложен-

мого, у слоено вероятного появления наклонных трещим рекомендуется записать в виде:

в которой для элементов из тяжелого бетона при принятых соотношениях размеров К' = 1,15, а для элементов из облегченного и легкого бетоноа - К* = 1,25.

Опытные значения коэффициента <рм, определенные на втором этапе исследований, показали, что отношения / Г?мЬИ0.ч балках из керамзито- и фибро-керамзятобетонз достаточно близки, независимо от наличия или отсутствия поперечной арматуры. Повыихзиие же трещи ноете й кости наклонных сечений достигается только за счет увеличения прочности фибробетона на растяжение и срез. Значение коэффициента (ро3 при расчете наклонных сечений фиброкерамзитобетонных балок без поперечной арматуры рекомендуется определять по методике норм, т.е. таким же, как о балках без фибр.

Анализ методики НИИЖБа по определению теоретического усилия образования наклонной трещины в элементах из различных видео бетона и формы сечения был выполнен на базе экспериментальных данных автора и других исследователей.

Для распространения методики НИИЖБа на расчет трещиностойкости наклонных сечений элементов прямоугольного профиля из рассматриваемых видов бетона, а расчетные формулы метода рекомендуется вводить дифференцированные значения прочности бетона на срез RSh - по формуле (21) и коэффициента полнота эпюры напряжений соь - по таблице. Одновременно, для учета влияния формы сечения на величину Qoc о них рекомендуется ввести коэффициент формы К. учитывающий влияние сжатых и растянутых свесов и определяемый из выражений - для элементов с полкой в сжатой зоне

Оск < <*>э (1 + ф„) KfR«bho

(3)

К'= ( 1 - <р;,) > 0,85. для элементов с полкой в растянутой зоне

(4)

К'= ( 1 +Ф,) < 1,15,

(5)

- для двутавровых элементов

К'= ( 1,05 +<pf) < 1,25

(6)

В указанных формулах:

0,35ал(Л, -b)h,

(U5at(6, -b)h,

"--m.-' (8)

где Ob - коэффициент равный отношению модуля упругости тяжалого бетона к модулю упругости бетонов на пористых заполнителях. Для элементов из тяжелого бетона аь = 1.

Значения коэффициентов К1, определенных по формулам (4) - (8), можно распространить и на методику норм. Окончательно формулы метода НИИЖБа для расчета трещиностойжжти наклонных сечений элементов различного профиля из различных видов бетона, соответственно в балках с нормальными трещинами и без них, рекомендуется записать в виде:

Qcci' = tObK'FUbxo; (9)

Осгсг* = û>bKffWbh0. (10)

Для балок сложного профиля при щ > 3%, имеющих, ках правило, усадочные трещины, расчет рекомендуется выполнять по формуле:

Qaj = 0,5 шъК'ь (FUiXo + fWO. (11)

где значения со*, ; К*; Rjm - определяются согласно предложенным рекомендациям автора, а величины FW; Хо- по неизменным формулам методики НИИЖБа.

На рис.1 представлены графики средней ширины раскрытия наклонных трещин для элементов из тяжелого, облегченного и легкого бетонов по каждой форме поперечного сечения и ее среднее значение для всех форм. Из рисунка видно, что в элементах из тяжелого бетона аас всегда меньше, чем на пористых заполнителях.

Фибровое армирование керамзитобетона ГБВ оказывает значительно большее, чем вид бетона, влияние на раскрытие наклонных трещин. В балках первой серии при интенсивности qs<, = 1,613 КИ/ см фибровое армирование уменьшает ширину раскрытия трещин при эксплуатационном уровне нагружения более, чем в 3 раза, а во второй при = 1,25 КН/ см - более, чем в 2 раза.

Расчетную формулу метода норм для определения максимальной ширины раскрытия наклонных трещин в железобетонных элементах из различных видов бетона рекомендуется записать в виде:

Ж

о,а

0.6

0.4

0,2 о

к

2

/а У д

0,2 0,4 0.6 03 10 О^уНп

0.2 0.4 0.Б ОМ 10

/

б

Ч/

Ж

Я,

О. В 0.5 0.4 0.2 О

0.2 0,4 йВ 0.6 МО^мм

0,2 0.4 0.6 ав ТООг^мн

*<2

/i г 5

ж

0.8 0.5 0.4 0.2 О

\

2.

А <3 средняя тяВсва: срорн сеченая

Г

0.2 0.4 ОБ 0.в {О П ,пн

0.3 0.4 05 0,9 <оаСгс/1м

Рис.1. Зависимость средней ширины раскрытия наклонных трещин от уровня нагрузки для балок различной формы сечения из: 1 - тяжелого, 2 - облегченного 3 легкого бетонов

дстс-Я*—-!-------• I'2)

£,-"+0,15£4(1+2од,) "а

в которой постоянный коэффициент 0,6 заменяется на дифференцированный фь5 = 2,2 - для элементов из тяжелого бетона; 2,3 - облегченного и 2,5 - легкого. Одновременно, значения напряжений в поперечной арматуре предлагается определять с коэффициентом 0,8, учитывающим совместную работу поперечных стержней в пролете среза, пересеченных трещиной.

Наряду с уточнением методики норм по расчету ширины раскрытия наклонных трещин, предлагается усовершенствованная формула:

аСгс = ф1к-5~у ( Ио+ЗОсиО КьКо, (13)

АЛ

где ср|, т) - принимаются по п.4.14 и 4.17 СНиП 2.03.01-84*;

к = (20- 1200р«)103 >8-103;

I = О/ЬИс, где О - максимальная поперечная сила на рассматриваемом участке неналрягаешпэ элемента;

Кв - коэффициент, учитывающий аид бетона и равный: 1,0 - для тяжелого бетона; 1,25 - облегченного и 1,35 - легкого;

Ко - у1а + £>/()ш, где а = 0,2; 0,6; 0,7 - соответственно для элементов из тяжелого, облегченного и легкого бетонов.

Результаты обработки экспериментальных данных по формулам (12), (13) приведены на рис 2

Расчет величины аас для керамзитофиброжелезобетонных балок рекомендуется выполнять по тем же формулам (12) и (13), но с коэффициентом т) = 0,7 для стержневой арматуры периодического профиля, что существенно улучшает сходимость опытных и теоретических значений.

Рекомендации по расчету прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов Для учета влияния вида бетона, статистическая обработка для определения значений <,1о2 и <рм по методике норм выполнялись для элементов прямоугольного профиля и таврового с полкой в растянутой зоне (типы Д, А, Г")

Средние значения (,>ь2 для элементов с поперечным армированием оказались равными: для тяжелого бетона -1,98; для облегченного бетона на известия-

Рис.2. Сопоставление опытных (1) значений ширины раскрытия наклонных трещин с теоретическими, вычисленными по СНиП 2.03.01 - 84* с учетом рекомендаций автора (2) и по формула (4.13) - (3) для элементов из тяжелого - 0, облегченного - Р и легкого - К бетонов

ке-ракушечнике - 1,89; на керамзите - 1,8. Значения <ръ< для элементов без поперечной арматуры равны соответственно 1,56; 1,28 и 1,25.

Полученные значения <ри для тяжелого и легкого бетона практически совпадают с рекомендациями норм. Для облегченного бетона на известняке-ракушечнике с пористым песком коэффициент фиг рекомендуется повысить до 1,9. Коэффицмэнт Фы рекомендуется принимать по нижнему пределу доверительного интервала с надежностью 0,95 и равным соответственно для тяжелого, облегченного и легкого бетонов-1,25; 1,0; 1,0.

Средние значения коэффициента ©ьг. определенные на втором этапе исследований, оказались равными 1,75 - для элементов из керамзнтобетона и 1,5 - фиб-рокерзмзитобетона. Значения коэффициента <рм, определенные по результатам испытания фнброкерамзитожелезобетонных балок без поперечной арматуры, оказались в среднем на 8% ниже, чем для таких же элементов без фибр. Однако, при незначительном снижении запаса прочности, значения коэффициента фмдля элементов из фибробетона на основе ГБВ можно принять согласно рекомендациям норм.

Анализ результатов экспериментов автора и их статистическая обработка совместно с экспериментальными данными других исследователей (272 образца из тяжелого бетона и 190 - из бетонов на пористых заполнителях) позволили внести предложения по учету формы сечения, пролета среза и процента продольного армирования при расчете прочности наклонных сечений. Реализация этих предложений в методике норм приводит к следующим расчетным формулам:

А^2. {14)

с

О^.ь = 2Км 4<РыЧ>'<Р'КЬ:ЬК1<1~ ; (15>

при расчете элементов без поперечной арматуры

{16)

С

О = Ои +0$!*; Оьга,л = <рьз <р'ф5 КмЯмЬЬо, где фь2| Фм ;фь4 - назначаются в зависимости от вида бетона в соответствии с предлагаемыми рекомендациями;

<р' - учитывает форму и размеры поперечного сечения и определяется из выражения:

которое ограничено условиями:

А/ (Ь,-Ь)

0.1 <^-2 0,4; 1,1 < , -<3; (18)

К ь

9*- характеризует влияние продольной арматуры растянутей зоны и определяется по формуле:

Км - учитывает влияние относительного пролета среза и определяется по формуле:

который ограничен условием: 0,8 <Ки< 1.6.

При расчете элементов из различных видов бетона и формы сечения по ре-коеаендуемым формулам (14) - (20), вариационный коэффициент снижается о 1,9 ... 2,4 раза для элементов с поперечной арматурой ив 1,8 ... 2,1 раза - без нее (ркс. 3).

В основу анализа основных зависимостей расчетной модели НИИЖБа, выполненных первоначально на базе экспериментов автора, был заложен принцип одинаковой надежности метода, независимо от вида бетона, в котором балки из тяжелого бетона были приняты в качестве эталона. Для распространения указанной модели на расчет прочности наклонных сечений элементов сложного профиля из рассматриваемых видов бетона, основные ее формулы рекомендуется записать в виде:

<?'= (0,25.1» + 0,55) < 13

(19)

(20)

= КтЯм (1 + К2 / Кь);

(21)

при х < Ь/

МЬ2 = тЪ [Ь(х0 - х) + 2(Ь/ - Ь)(Ь,' - х)];

(22)

при х > 1ч/

Ыь2 = оз^ь Ь(х0 - х);

(23)

при х < Ь,

Ом = в4Р?5м Ь/х;

(24)

при х >

<ЭС, = (.иР^м [Ьх + (Ь/ - Ь) И/]:

(25)

при х < Ь/

г>6хр

1

1.2

1.0

0.8

+

+ + + ? + + ¥ + + ¥ ▼ О 0 V V

- (ГЯ„ 2 ++ щр + о о О + +П ,+ £ Р о++ ^ ой + о с с

1 0+ ; ч + Л и ++ д ш + + + О

О Л| о

Рис.3 Сопоставление опытных разрушающих поперечных сил с теоретическими по СНиП 2.03.01 - 84* (а) и с учетом рекомендаций автора (б) для элементов из тяжелого бетона двутаврового (3, 7, 9) и таврового (1, 2, 4, 5, 6. 8. 10) сечений (пунктирные) и прямоугольного (сплошные линии).

Ом = <04^! [2Ь (х0 - x) + (Ь/ - Ь)(Ь/ - х)3; (26)

при х > Ь/

Оьг = Ш4Ь(Х0 - х); (27)

Дифференцированные значения коэффициенте» К,; Кг и о»э; оц даны в таблице. Остальные формулы методики НИИЖБа остаются без изменения как по форме записи, так и по значению коэффициентов.

Рекомендуемые значения коэффициентов юь; К); Кг и ад 014 для расчета прочности и трещиностсйкости наклонных сечений изгибаеиых железобетонных элементов из различных видов бетона по методике НИИЖБа

Бетон Коэффициенты

Оь К1 К2 <аз <В4

Тяжелый 0,6 2,5 5,0 0.5 0,35

Облегченный 0,5 2,35 4,2 0,45 0,325

Легкий 0,4 2,2 4,0 0,435 0,315

Легкий фибро- 0,4 1,9 2,45 0,435 0,315

керзмзитобетон

Сопоставление опытных разрушающих поперечных сил для элементов из различных видов пористых бетонов с расчетными по методикам НИИЖБа и СНиГ! 2.03.01-84* (где, наряду с опытными образцами автора, в обработку были включены 44 образца из шести видов бетона других исследователей) показало, что вариационный коэффициент при расчете по первой методике в 1,5 раза меньше, чем по второй. Следовательно, методика НИИЖБа с учетом предложений автора более надежна по сравнению с действующими нормами, при расчете прочности наклонных сечений железобетонных элементов независимо от вида бетона и формы сечения.

Оценка эффективности предложенных рекомендаций. В качестве примера рассмотрены односкатные железобетонные балки по серии 1.462-10 ЦИТП, пролетом 6 и 9 м соответственно таврового и двутаврового сечений. Уточнение коэффициента <рь2 для элементов из бетонов на известняке-ракушечнике позволило снизить интенсивность поперечного армирования на 20 23% а учет коэффициента

формы при расчете прочности наклонных сечений - на 17... 19%. Совместное влияние коэффициентов фМ и <pf уменьшает расход поперечной арматуры на 9-13 кг/ м3 .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Исследования железобетонных балок из различных видов бетона, изго-тооленных а одних и тех же условиях и испытанных по единой методике, позволили с достаточной надежностью установить влияние вида бетона на прочность и трещи-ностойкостъ наклонных сечений и уточнить рад коэффициентов и формул, приведенных в СНиП 2.03.01 - 84* и новой расчетной модели НИИЖБа. Для балох из некоторых видов бетона обе методики недооценивают, либо переоценивают их несущую способность по поперечной ame.

2. Значения коэффициента фъз в условии (3) при оценке трещиностойхости наклонных сечений элементов из тяжелого и легкого бетонов совладают с нормируемыми и равными 0,6 и 0,4. Для элементов из облегченных бетонов на известн»-ках-рахушечниках величину коэффициента <рьз рекомендуется принимать 0,5. При расчете фиброкерамзитожелезабетонных элементов , коэффициент <рьз может быть принят таким же, как в балках без фибр.

3. Поперечную силу при расчете по образованию наклонных трещин по методике НИИЖБа предлагается определять по формулам (9) - (11), в которых коэффициент полноты эпюры напряжений а>ь принимается дифференцированным и численно равным коэффициенту фь3 Прочность бетона на срез для каждого вида бетона рекомендуется определять по формуле (21).

4. Для учета влияния формы сечения на трещиностойкость наклонных сечений в условие (3) методики норм и в условиях (9) - (11) методики НИИЖБа рекомендуется ввести дополнительный коэффициент формы к', значения которого определяются по формулам (4) - (8).

5. Ширина раскрытия наклонных трещин в балках из облегченного и легкого бетонов больше, чем в балках из тяжелого бетона соответственно на 26 и 39% и зависит от уровня нагрузки При фибровом армировании керамэитожелезобетонных балок грубым базальтовым волокном раскрытие наклонных трещин в сравнении с балками без фибр уменьшается в 2 - 3 раза

6 Влияние вида бетона на ширин/ раскрытия наклонных трещин в условии (12) действующих норм рекомендуется учитывать введением дифференцированного

значения коэффициента равного 2,2 - для тяжелого бетона; 2,3 - облегченного и 2,5 - легкого. При этом, напряжения в поперечной арматуре, предлагается принимать с коэффициентом 0,8. Влияние ГБВ на ширину раскрытия наклонных трещин керамзигожелезобетонных балок предлагается учитывать с помощью коэффициента я = 0,7.

7. Для определения ширины раскрытия наклонных трещин при всех диапазонах нагрузки, предлагается криволинейная зависимость (13), которая учитывает как влияние вида бетона с помощь» коэффициента Кь. так и уровень иагружения - Ко.

8. Прочность балок по поперечной силе понижается с уменьшением плотности бетонов. Расчет прочности наклонных сечений элементов из облегченного бетона на известняке-ракушечнике по методике норм рекомендуется производить по формулам (14) - (16) при значениях коэффициентов фьг, равным 1,9 и <рь*. равным 1. Значения коэффициента еры для фиброкерашитожелезобетонных балок на основе ГБВ рекомендуется принимать равными 1,5.

9. Поперечная сила а наклонном сечении с увеличением процента продольного армирования и момента инерции сечения арматуры в вертикальной плоскости -возрастает. Значения поперечной силы, воспринимаемой продольной арматурой, практически, не зависят от вида бетона, поперечного армирования и формы сечения балок. Влияние продольного армирования при расчете прочности наклонных сечений рекомендуется учитывать коэффициентом <э*, определяемым по формуле (19).

10 Изменение пролета среза в пределах от 1 до 3,5 h0 снижает в 1,8-2 раза прочность наклонных сечений. Закономерность влияния величины a/h0 на работу наклонных сечений, практически, не зависит от вида бетона и формы сечения. Для учета влияния относительного пролета среза на прочность наклонных сечений рекомендуется коэффициент Км, определяемый по формуле (20).

11. Влияние формы сечения на прочность наклонных сечений рекомендуется учитывать при помощи коэффициента <pf, определяемого по формуле (17).

12. Для практических расчетов наклонных сечений по прочности, в зависимости от вида бетона, поперечного и продольного армирования, относительного пролета среза и формы сечения, предлагаются расчетные формулы (14) - (16), которые в 1,5 - 3 раза, по сравнению с формулами главы СНиП 2.03.01 - 84*, повышают надежность расчетов.

13. Для распространения более совершенной расчетной методики НИИЖБа на элементы из бетона на пористых заполнителях предлагаются расчетные фосму

2't

лы (21) - (27), в которые вводятся дифференцированные, в зависимости от вида бо тона, коэффициенты Кь К2 и и3, ой (табл. ). Указанные рекомендации позволяют в 1.5 раза повысить, по сравнению с формулами СНиП 2.03.01 - 84*. на дежность расчета независимо от вида бетона и формы сечения.

14. Реализация предложений по уточнению значения коэффициента ¡й>2 v учету работы сжатых полок при расчете элементов из облегченных бетонов на поперечную силу позволяют экономить до 9-13 кг стали на каждый м3 железобетонных конструкций или на 7-10%.

По теме диссертации автоэои опубликовано 24 работы, в том числе:

1. Польской П.П. Конструктивные бетоны на низхопрочных известняках-ракушечниках Анапского района // Вопросы прочности, деформативности и трещи-ностойкости железобетона. - Ростов-на-Дону: РИСИ, 1977. - С.146-152.

2. Польской П.П. Влияние вида бетона на прочность балок при действии поперечных сил II Совершенствование методоа расчета и проектирования железобетонных конструкций. - Ростов-на-Дону; РИСИ, 1978. - С.48-50.

3. Маипян Р.Л., Залесов A.C., Польской П.П. Влияние формы сечения и вида бетона на прочность наклонных сечений железобетонных балок // Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона. - Ростов-на-Дону: РИСИ, 1978.-С.З-16,

4. Польской П.П Трещиностойкость наклонных сечений железобетонных балок из различных видов бетона // Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона -Ростов-на-Дону. РИСИ, 1978. -С. 17-22.

5. Польской П.П Влияние пролета среза и продольного армирования на прочность наклонных сечений железобетонных элементов из различных видов бетона // Вопросы прочности деформативности и трещиностойкости железобетона -Ростов-на-Дону: РИСИ, 1979 -С.22-23.

6. Маилян Р.Л., Польской П.П. Расчет прочности наклонных сечений железобетонных элементos таврового и двутаврового профиля И Вопросы прочности и трещиностойкости железобетона. - Ростов-на-Дону: РИСИ, 1980,- С.23-33.

7. Польской П.П Влияние вида бетона и формы сечения на ширину раскрытия наклонных трещин И Вопросы расчета железобетона. - Ростов-на-Дону. РИСИ, 1982. - С.115-123.

8. Мзилям Р.Л., Ганага П.Н., Польской П.П. и др. Проектирование бетонных и железобетонных конструкций на природных пористых заполнителях Северного Кавказа У/ Рекомендация по проектированию бетонных и железобетонных конструкций на природных пористых заполнителях Северного Кавказа. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ; НТО Стройиндустрии; РИСИ, СевхавНИПИагропром, 1939. - 59 с.

Э.Аль-Хужейри Х.М., Польской П.П. Сопротивление поперечной силе керзи-зитофибрежелезобетонных балок УУ Материалы международной научно-технической конференции 12-15 деяабря. - Ростов-на-Дону: РГАС, 1994. - С.147-152.

10. Мгилян Р.Л., Польской П.П., Аль-Хужейри Х.М. Особенности работы ке-рашмгофмброжетгазобетонных балок при действия поперечных сил /У Сопершенст-вовзние расчета, проектирования и изготовления строительных конструкций. - Ростов-на-Дону: СеехазНИПИагропром, 1995. - С.16-20.

11. Польской П.П. К расчету трещиностойшсти наклонных сечений изгибаемых железобетонных апементоа // См.там же. - С.56-60.

12. Маилян Р.Л., Аль-Хужейри Х.М., Польской П.П. Влияние фибрового £»р-иироваиия на трещиносгойкость наклонных сечений керашитожелезобетонных изгибаемых элементов /У Новые исследования бетона и железобетона. - Ростоз-нз-Дону: СевкаеНИПИагропром, 1997. - С.3-6.

13. Польской П.П., Апь-Хужейри Х.М. К расчету прочности наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов из фиброкерамзитобетона // См.там же - С.20-24.

ЛР 020818 от 20.09.93. Подписано в печать 10.02.98. Формат 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 17.

Редакционно-издательский центр Ростовского государственного строительного университета. 344022, Ростовнз-Дону, ул.Социалистическая, 162.