автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность нормальных сечений изгибаемых железобетонных и слабоармированных бетонных элементов строительных конструкций

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ имени ПЛТРИСЛ ЛУМУМБЫ

На правах рукописи

РАДЗУЕЛИНАНТЕНАИНА СУЛУФУ

ПРОЧНОСТЬ НОРМАЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И СЛАБОАРМИРОВАННЫХ БЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (05.23.01 — строительные конструкции, здания и сооружения)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

. л

У-

Москва - 1991

Работа выполнена в Московском ордена -Трудового Красного знамени автомобильно-дорожном институте.

Научный руководитель —

кандидат технических наук, профессор К. П. Деллос.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Н. А. Маркаров,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В. П. Елисин.

Ведущая организация — ЦНИИС Минтрансстроя СССР.

, »Защита состоится « 1991 г. в

Нэ "часов на заседании специализированного совета К 053.22.20 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ордена Дружбы народов Университете дружбы народов имени Патриса Лумумбы по адресу: 117293, г. Москва, ул. Орджоникидзе, 3, ауд. 348.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета (г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6).

Автореферат разослан 1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

С. Н. КРИВОШАПКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА•РАБОТЫ

Актуальность работы. Все возрастающие <о:,;.1Ы роста капитального строительства на Мадягаскаре позволяют прогнозировать дальнейшее увеличение объемов жилищного строительства, объектов коммунально-бытового, промышленного и социально-культурного назначения , транспортного строительства, в том.;числе автодорожных и ' ткелезнодорожних постов. •

Стремление к созданию новых, долговечных, эффективных материалов из разных видов бетонов и арматурных сталей, а яа их основе и яовых архитектурных решений является: одной из насущных потребностей развивающегося человечества.

В настоящее время яа Мадагаскаре яаблвдается буряое развитие практически .. всех областей народного хозяйства. В этих ус- N ловиях особое место занимают транспортные проблемы, решение которых способствует обеспечению экономических связей мевду отдельными регионами и с другими странами. К таяш проблемам, в частности, относится и проблема развития наземного и воздушного транспорта.

В нашей стране намечено широкое строительство малых и больших мостов, соеданящих труднодоступные места с центрами каздого отдельного региона. При этом строительство намечено вестн на основе передовых достижений науки и техники, с учетом местных условий и материалов.

В области строительства зданий и инженерных сооруже- 1у ний наблвдается использование высокопрочных арматурных сталей с малой предельной деформативностью и применение бетонов на основе новых перспективных вяжущих (напрягащихся, расширяющихся порт. лацдцементов, цементов,, получаемых по технологии низкотемпературного синтеза (НТС) и т.д.).

Повышение уровня индустриализации строительного производства, степени заводской готовности конструкций я деталей, расшреяие применения яовых эффективных конструкций, существенное сокращение ручного труда; повышение качества планировочных и архитектурных решений, снижение стоимости строительства неразрывно связаны с использованием яовых эффективных железобетонных элементов из разных бетонов и совершенствованием конструктивных форм строительных конструкций на основе развития методов расчета и проектирования.

Цель диссе'ртздионной работы

- Усовершенствовать расчетный аппарат по определению несущей .способности по нормальным сечениям железобетонных и слабоарми- |

Грованных бетонных элементов конструкций, разрушающихся с разрывом растянутой арматуры.

- Уточнить границы оптимальных и минимальных процентов армирования изгибаемых. железобетонных элементов конструкций из разных классов бетона и арматуры.

Автор западает:

- результаты экспериментально-теоретических исследований неравномерности деформирования растянутой арматуры и ее влияния на прочность изгибаемых кзлезобетбнянх элементов;

- методику исследования растянутой зоны изгибаекых железобетонных элементов при работе арматуры вплоть до разрыва;

- экспериментальные дакнкэ о прочностных и деформатимннх свойствах бетонов разных составов на основе цемента', получаемого по технологий ETC при различных условиях испытаний;

- аналитическую формулу для определения оптимальных и минимальных процентов армирования ж&яезобетояннх изгибаемых элементов;

- предложения во расчету прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных и слабоармароваяных бетонных элементов конструкций, разрушашвхся по обрыву растянутой арматуры,

Научная новизна работы:

- разработана методика определения коэффициента неравномерности деформирования арматуры, работавшей совместно с бетоном растянутой: зоны в изгибаемых элементах,ври ее работе вплоть до разрыва;

- экспериментально выявлено влияние процента армирования растянутой зоны бетона, ярочностных и деформативных свойств бетона и арматуры и толщины защитного слоя растянутой арматуры на характер развития неравномерности деформирования арматуры;

- предложена аналитическая зависимость коэффициента неравномерности деформирования растянутой арматуры Ys в изгибаемых железобетонных элементах;

- разработано предложение по расчету прочности нормальных сечений железобэтсшнх и слабоармированнах бетонных элементов, разрушающихся до обрыву растянутой арматуры, с уточнением оптимальных и минимальных процентов армирования для разных классов бетона и арматуры.

Практическое значение работы. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования прочностных и деформативных свойств

- з -

'бетонов на основе цемзптоз, получаемых по технологии КТС.а также • исследования изгибаемых железобетонных элементов

позволяли обосновать возможность их применения в несущих конструкциях з пан и й. сооружений и в автодорожных и аэродромных плитах покрытий.

Результата исследований учтены в изменениях и дополнениях к "Рекомендациям по приготовлении и применению изделий и конструкций гз бетонов на основе алинитовых цементов".

Апробация работы и публикация. Основные пслоЕения диссертации опубликованы в двух печатных работах, а также воилл в научно-технические отчеты МАДИ для подготовки новой редакции "Рекомендаций по приготовлению и применению изделий и конструкций из бетонов на основе алинитовых цементов".

Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технической конференции "ЛАДИ (1990 г.) в секции "Аэропорты и конструкции" .

. Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 80 наименований, 57 рисунков и 23 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается содержание предмета .исследования, формируется цель настоящей работы, а таете излагаются основные положения и научная новизна работы, которые выносятся на защиту.

Первая глаза посвящена изучению состояния вопроса я выявлению задач исследования. В этой главе рассмотрены применение железобетонных и слабоармированных бетонных изгибаемых элементов для •строительства наземных сооружений аэропортов, автодорожных е аэродромных плит покрытий и положение о налрякенно-дефорглированном состоянии железобетонных элементов конструкций, совместности работы арматуры с бетоном при наличии тренда, теории прочности изгибаемых железобетонных элементов по нормальным сечениям.

За последние годы выполнен ряд исследований, в которых основное внимание уделено исследованию слаб о армиро ванных бетонных элементов при кратковременном статическом и динамическом нагруже-нии. Наиболее характерными являются работы Ю.П.Руши, Г.И.Попова, Н.М.Карпенко, С.А.Дмитриева, И.А.Трифонова, С.А.Белова, Т.И.Маме-дова, О.Ф.Ильина, В.П.Лихачева, Нгуена Д.К., С.С.Егияна и др.

- - 4 -

В настоящее время все большее применение находят арматуры, ' не имеющие физической площадки текучести. Реальной характеристикой предельного сопротивления такой арматуры является ее разрывное предельное напряжение, имеющее определенный физический смысл.

Вопрос о переходе на расчет слабоаршрованного железобетона по разрывному напряжении вместо условного предала текучести заслуживает тщательного рассмотрения теории расчета, так как это может дать существенный экономический эффект и повысить надежность таких железобетонных конструкций.

Однако практика показывает, что большинство случаев разрушения железобетонных .элементов происходит по раздроблению бетона сжатой зоны, но возможно и разрушение по обрыву растянутой арматуры. Такой'случай разрушения, который носит хрупкий характер, не рассматривается в действувдах нормах.

Анализ существующего метода расчета прочности нормальных сечений железобетонных элементов показал.; что дая построения расчета прочности по обрыву растянутой арматуры необходимо уточнение значений относительной высоты сжатой зоны бетона путем использования коэффициента неравномерности дефотрмироЕання растянутой арматуры Ч^ во всех стадиях ее работы еплоть до разрыва и характеристики бетона сжатой зоны С00 , учитывающей особенности его деформатввных свойств.

В связи с этим были поставлены задали исследования:

- провести анализ сущестзуавдих методов расчета прочности изгибаемых железобетонных и слабоармзрованных бетонных элементов

с использованием коэффициента неравномерности деформирования арматуры, работающей совместно с бетоном растянутой зоны;

- провести экспериментальное исследование изменения коэффициента неравномерности дефоршрования арматуры, работавдей совместно с бетоном растянутой зоны вплоть до ее разрыва;

- подобрать аналитическую зависимость коэффициента неравномерности дефоршрования арматуры от процента армирования растянутой зоны, прочностных и деформативных свойств бетона, толщины защитного слоя и степени дефоршрования самой арматуры;

- разработать предложения по расчету прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных и слабоармированных бетонных элементов, разрушащихся по обрыву растянутой арматуры, и рекомендации по определению оптимальных и минимальных процентов армирования железобетонных элементов из разных классов бетона и арма, турных сталей;

- экспериментально апробировать предложенный метод расчета ' v и сопоставить результаты с существуыцим расчетом во нормам.

Во второй главе приводится содержаще экспериментальной части работы, описание экспериментов и проведения испытаний конт-рольгшх образцов, составы используемых бетонов и характер" опытных образцов. • " "' f

Исследовании физико-даханичеиЛих свойств бетонов проводилось на образцах из бетонов на цементе, полученном по технология НТС и на гранитном щебне.

В общей сложности баю испытано 162 бетонных куба (IGxIQxIO) см, 117 бетонных призм (10x10x40) см на центральное сжатие, 12 призм на внецентренное сжатие, 14 армированных образцов на центральное растяжение и 28 балок (10x15x130) см на изгиб, в том числе 8 фрагментов балок было испытано в специально изготовленном кондукторе.

Металлический кондуктор был предназначен для стабилизации положения нейтральной оси в процессе яагруженшг образца - фрагмента балок при исследовании коэффициента неравномерности деформирования арматуры в растянутой зоне бетона.

При изготовлении опытных образцов был использован бетон трех классов прочности (BJ5, В20, В30) и четыре типа арматурных сталей классов Bpl, II, ÜB и AU.

Процент армирования образцов-балок для проверки расчетко-теоретических предложений по расчету прочности нормальных сечений изгибаемых элементов варьировался в пределах 0,095...6,82%.

Влияние неоднородного деформирования на прочностно-деформа-тивные показатели батона и арматуры, работающей совместно с бе- , ■ тоном, изучалось в двух кондукторах при испытании на внецентрен- Vj ное снятие и растяжение.

В результате испытаний контрольных образцов-призм на центральное сжатие и арматурных стержней на разрыв были получены необходимые прочностные и деформативяыв характеристики бегояа и арматуры.

В данной главе приводятся результаты эксперимента: характер изменения прочности, модуля упругости и предельной деформативнос-W5- бетона з зависимости от бго класса и вида напряженного состояния.

Сопоставление деформативннх характеристик равнопрочных бето-.нов на портландцементе и на данном виде цемента - алинитовом- пр- —

казало, что предельная деформативность при центральном ~

снятии для тяжелых бетонов на портландцементе примерно на 25$ меньше, чем у бетонов на данном цементе. Модуль упругости я предельное сопротивление на растяжение ври изгибе для данного вида бетона несколько занижены (в среднем на по сравнению, с их значениями для обычных тяжелых: бетонов в диапазоне при змеиной прочности от 15.. .40 МПа.

Все эти полученные уточненные параметры в дальнейшем необходимо учигьшагь при расчете прочности и трещиностойкости бетонов на данном ввде цемента.

Также были получены диаграммы напряжений-деформаций арматурных сталей классовВр1, А1, Ж, и НУ при их испытании на разрыв. Для арматуры класса Вр1 диаметром 4; 5 мм предельное относительное удлинение при разрыве составило в среднем 1%, для арматуры классов Ш; А1П я А1 соответственно 4%, 15% и 2С$.

Экспериментальная часть исследований в данной работе проводилась на кайедре "Аэропорты и конструкции" МАДЩ яри участии к.т.н. Б.В.Садова.

В третьей гладе приведены результаты экспериментальных исследований опытных образцов. Образцы ислытывались в режиме кратковременного статического нагружения при одноосном однородном и неоднородном сжатии и растяжении, а также при чистом изгибе.

Для решения поставленных задач был сделан ряд экспериментов :

- испытание бетонных образцов на неоднородное сжатие при стабилизации положения нейтральной оси;

- испытание армированных образцов - призм на центральное растяжение;

- испытание железобетонных и слабоармированишс бетонных балок на изгиб;

- испытание фрагментов балок при стабилизация положения нейтральной оси.

В результате испытаний опытных образцов были получены опытные значения предельных деформаций бетона на центральное сжатие и на сжатие при изгибе. Характеристику дефорлативных свойств бетона сжатой зоны Са)0 для данного вида бетона можно было представить в виде:

оэв=(920 + ^)/( 920 +2 ^) ш

1 или

где

^0=0 /2%) , (2)

- предельная относительная деформация бетона на сжатие при изгибе.

Полученный график зависимости (рис.1) от прочности бетона показал, что для данного ведя -с^она тя^с^ч меньше. чем их значения для равнопрочных бетонов аналогичных составов на портландцементах.

20 АО 60 80 100 120 {АО

(^(МЛа)

Еис.1. Изменение характеристики сжатой зоны бетонов в зависимости от их прочности:

I - с0о для бетонов на портландцементе; 2 - ей =0,85--0,0048; 3 - со =0,85аЗо для обычных тяжелых бетонов; 4 - с00 для бетонов на основе цемента, полученного по технологии ЕЮ; 5 - СО =0,92-0,0052 Я а для данного вида бетона

В нормах характеристика бетона сжатой зоны учитывается коэффициентом СО. , который принимает вид линейной функции в зависимости от прочности бетона (кривая 2, рис.1). Приведенная эмпирическая линейная зависимость яе пригодна для оценки несущей способности элементов из высокопрочных бетонов ( > 100 Ша), так как в этом случае коэффициент СО теряет свой физический смысл.

При испытании армированных бетонных образцов-призм на центральное растяжение было отмечено, что в процессе нарастания разрывных усилий значения максимальных деформаций арматуры в сечении

V

' с трещиной значительно отличаются от деформаций арматуры (свободной от бетона на выпуске) вплоть до ее разрыва.

Б некоторых исследованиях (А.А.Гвоздева, ЮЛ.З^ци, Г.И.Попова, О.Ф.Ильина, Я.Д.Лившица, В.Б.Лихачева и др.) при определении коэффициента неравномерности деформирования арматуры (как -отношение средней деформации арматуры между трещинами к ее макси-ма*2>ипа деформации в сечении с трещиной) не была учтена неравномерность зязввтия деформации в арматурном стержне, свободном от бетона, например, дополнительным коэффициентом = 9 ( ££;

; &сгс ), который учитывает изменение деформативных свойств арматурных сталей при переходе от диаграммы б* - £ арматуры на участке в зоне трещины к диаграмме б - £ , полученной при испытании арматуры на разрыв, используемой в расчете прочности нормальных сечений. Поэтому в данной работе, чтобы избежать дополнительных исследований > необходимо было определить Чд как \ отношение средней деформации арматуры, работающей совместно с бетоном растянутой зоны, к средней деформации арматуры (свободной , от бетона).

При испытании на изгиб при статическом воздействии нагрузок было принято одиночное армирование для всех балок. Балки были разделены на 3 серии: переармированные, нормальноармированные и слабоармированные. Характер разрушения опытных балок был предварительно определен при их расчете по прочности.

Балки, армированные арматурой класса Вр1 #4 и 05,разрушались ч по разрыву растянутой арматуры в середине пролета. Процент армирования этих слабоармированных балок варьировался от 0,095 до 0,317$. Остальные лереармироваяные и норлальноармированные балки, соответственно с процентами армирования от 2,26 до 7,6С$ и от 0,48 до 1,28$.разрушались по нормальным сечениям в зоне у' чистого изгиба от раздробления бетона сжатой зоны при работе арматуры растянутой зоны в упругой и упруго-пластической стадиях.

При разрушении слабоармированных бетонных балок было отмечено два случая:

- наблюдался разрыв арматуры сразу после образования нормальной трещины без увеличения внешнего нагрунащего усилия, т.е. несущая способность балок определялась моментом трещинообразова-ная;

- после образования нормальной трещины с увеличением внешнего нагружающего усилия происходило хрупкое разрушение по разрыву

¡арматуры. •

Анализ опытных значений предельных деформативностей бетона для нордальноармированных и лереармированных балок с учетом усадки данного вида бетона показал, что в целом усадочные деформации находятся в пределах от 4.Ю-5 до 22. Ю-5, отмечаемых для бетонов на портландцементах.

При исследовании изменения опытных значений Ts в зависимости от максимальных деформаций арматуры в сечении с трещиной бшю отмечено, что эти значения ^ резко снижаются при возникновении трещины и на изменение значительное влияние оказывают изменение высоты сжатой зоны и процента армирования растянутой зоны сечения.

Так, при увеличении процента армирования растянутой зоны нормального сечения, что наблвдается у переармированных балок, после образования первой трещины значения H*s увеличиваются, при сокращении процента армирования растянутой зоны, т.е. яри увеличении ее высоты, что наблюдается у нормальноармированных и слабоармированных бетонных элементов, значения Hj снижаются ^ до какого-то минимума (минимальное значение Vs зависит также v ■ от процента армирования сечения, прочности бетона и т.д.). Последующий подъем значения в нормально и слабоармированных элементах объясняется преобладающим влиянием в этом случае процесса разрушения бетона в растянутой зоне элемента.

Анализ развития деформаций растяжения в крайней фибре бетона и в арматуре по давне растянутой зоны показал, что в изгибаемом железобетонном элементе нормальные трещины в. бетоне появляются, в основном, из-за дефекта в поверхностной растянутой зоне бетона, где деформации развиваются с опережением по отношению к арматуре. При этом в случае возникновения трещины от дефекта в бетоне и при попадании этой трещины на участок арматуры с лони-кенной деформативностыо мояет наблвдаться приостановка развития трещин.

Изменение коэффициента в образцах, испытанных при стабилизации положения нейтральной оси в кондукторе,в целом соответствует характеру изменения fs у нормальноармированных балок. Кроме фиксации положения нейтральной оси использование кондуктора позволило существенно раздвинуть диапазон дефоргирования растянутой арматуры вплоть до ее разрыва,в то время как ври испытаниях •/ железобетонных балок без кондуктора пределы их нагружения огра-

1 ничнваются предельным состоящем бетона сват ой зоны. '

Опыты показали, что изменение Ч^ в зависимости от максимальных деформаций арматуры в трещине бетона при испытании фрагментов балок в кондукторе соответствует характеру его изменения при испытании центрально растянутых элементов.

Сопоставление изменения % для фрагментов балок в условиях стабилизации нейтральной оси во время загружения показало, что с увеличением процента армирования минимальные значения % увеличиваются, то же утверждение откосится и к изменению толщины защитного слоя бетона увеличивается процент армирования растянутой зоны и, как следствие,-увеличиваются минимальные значения .

В выводах по этой главе бшш отмечены особенности прочностных и деформативяых свойств данного вида бетона, которые в дальнейшем необходимо учитывать в расчете прочности и трещиностойкос-ти железобетонных элементов. Изменение значений коэффициента % в балочных элементах: уменьшается с увеличением прочности

бетона, толщины защитного слоя растянутой арматуры и с падением процента армирования растянутой зоны, связанного не только с содержанием арматуры, но и с уменьшением высоты сжатой зоны сечения в процессе загрукешя.

В четвертой главе изложена методика использования коэффициента неравномерности деформирования арматуры растянутой зоны в расчете прочности нормальных сечений изгибаемых элементов с уточнением значений относительной высоты сжатой зоны бетона и сопоставление экспериментальных и полуэмпирических зависимостей % .

В общем виде функция изменения ^ от процента армирования Уу растянутой зоны, прочности бетона и степени деформирования арматуры представляется в виде:

1

3" 1 ' О)

Ас Ла-Т.

где Д = ——--процент армирования центральнорастянутого

элемента.

Для изгибаемого железобетонного элемента значение ¿¿р, вычисляется приближенно:

{ +

ЛгЛ а-эд ' <«

- II -

' где у* - процент армирования изгибаемого элемента;

Л - толщина защитного слоя растянутой арматуры; К0- рабочая высота сечения;

- деформация крайней фибры бетона сжатой зоны;

- деформация арматуры (свободной от бетона) . у

' <5)

где Е5,Е& - соответственно модуль деформации растянутой арматуры и бетона при центральном растяжении.

где - деформация крайней фибры растянутой зоны бетона.

В нормах аналитическая зависимость модуля деформации арматуры представляется в вида нусочнскмшейной функции в зависимости от стадия работы арматуры. В момент потери несущей способности изгибаемого элемента по бетону сжатой зоны значения опреде-

ляются по формуле (3), используя следукщие формулы (4), (5) и (6) при деформации крайней фибры бетона сжатой зоны, равной ее предельному значению , Используя значение ^ условная

высота сжатой зоны может быть определена по формуле:

ьз__(7) V,

где СО - характеристика сжатой зоны бетона, которая связана

с лрименением прямоугольной эпюры напряжений в бетоне сжатой зоны.

Для изгибаемых элементов с оптимальным армированием значения , соответствующие достижению предела текучести в растянутой арматуре, определятся по формуле (7) при значениях &5 = £5К и \ % = » гДе - деформация арматуры при напряжении, рав-

ном пределу текучести (в случае без предварительного напряжения арматуры),

определяется также при значении деформации в арматуре

Значения граничной относительной высоты сжатой зоны 5СГС , соответствующей минимальному проценту армирования железобетонных элементов, при разрушении бетона сжатой зоны одновременно с раз-

'рывом арматуры, могут быть определены по формуле (7), но при

V - ч

TS - sctrc

где с^^ - предель-

значениях = £зсгс и ная разрывная деформация арматуры.

%сгс определяется в момент, когда разрушение элемента происходит одновременно по бетону сжатой зоны и по разрыву растяну-

и

^S - ^Scrc

той арматуры, т.е. при =

Теоретические значения в зависимости от уровня дефор-

мирования арматуры для армированных образцов-призм, балок и фрагментой-балок с различным процентом армирования бетонов разной прочности, построенные на опытных значениях £s/£j> . приведены в сопоставлении с экспериментальными кривыми. В результате сравнения теоретических и опытных значений в данной работе (рис.2) было отмечено, что полученная полуэмпирическая зависи-

мость

%

в целом отражает характер изменения

v

Рис.2. Изменение отношения расчетных л опытных значений Нз в зависимости от степени деформирования арматуры в сечении с трещиной:

- по формуле (З);--1,2,3,4,5 - нормальноармиро-ванные балки; 6,7 - переарлировааные балки; 8,9,10 -фрагменты-балки в условиях стабилизации положения нейтральной оси

В данной главе были отмечены следующие выводы: - результаты проведенных экспериментальных исследований вли-, яния процента армирования растянутой зоны, прочности бетона и ,

' толщины защитного слоя на коэффициент неравномерности деформиро-' вания арматуры в растянутой зоне железобетонных изгибаемых элементов показывают, что в целом соответствующее предложенное аналитическое выражение по формуле (3) отражает характер изменения в зависимости от уровня деформирования £$ , в том числе и для экспериментов с фиксированными значениями переменных;

- сопоставление.расчетных и опытных значений коэффициентов

(рис.2) вря испытании балок на изгиб в'условиях статического нагружения показывает, чточв целом предложенная аналитическая зависимость коэффициента 4*5 по форлуле (3) применима для оценки характера изменения неравномерности деформирования арматуры в процессе нагружеявя дереарвдроваякых, нортальяоармярованвых и слабсармированных железобетонных элементов;

- предложенное выражение функции Н^ , применяемой для различных видов бетонов и армирования, дает возможность уточнить оптимальное значение относительной высоты сжатой зоны бетона ^

и позволяет определить нижнюю границу 5СГС , исходя из условия по одновременному разрушению бетона сжатой зоны и обрыву растянутой арматуры.

В пятой главе изложена метод совершенствования расчета прочности нормальных сечений-изгабаешх железобетонных элементов, учитывающего прочностные и деформативные особенности бетонов и арматуры,и предложение по расчету прочности слабоармированных у изгибаемых элементов с одиночным армированием.

Для оценки прочности изгибаемых железобетонных элементов была сделана проверка возможности использования существующего расчетного аппарата для определения несущей способности переармированных и нормальяоармированнык балок из бетонов на основе цементов, получаемых по технологии НТС.

Для обоснования применения расчета СНиП для конструкций на данном виде бетона было проведено сопоставление результатов расчета экспериментальных образцов-балок в данной работе с результатами расчета, полученными при испытании железобетонных балок из обычных тяжелых бетонов на портландцементе. Образцы-балки были испытаны в одинаковых условиях. В результате проведенного сопоставления было отмечено, что расчет до СНиП применим для оценки несущей способности изгибаемых переармированных и нормальноарми-розанных железобетонных элементов на дачном виде бетона, но с

■учетом предельной деформативкости бетона при центральном сжатии ■ равной 0,0025.

Использование уточненного значения коэффициента неравномерности дефоршшозания растянутой арматуры в расчете прочности показывает, что в этом случае для оценки несущей способности железобетонных элементов значение СО , как расчетный параметр, может быть определено по форлуле

и) = 0,92 - 0,0052 ^ (8)

в диапазоне призменкой прочности бетона от 15 до 40 МПа.

Расчет прочности слабоармированных бетонных элементов, разрушающихся по обрыву растянутой арматуры,проводится при вылсшне- • нии условия 1 < !СГс .

Однако при выполнении условия Мсгс^- Мр в расчете, где Мсгс - момент, воспринимаемый сечением, нормальным к продольной оси элемента, ври образовании трещин, Мр - момент, воспринимаемый сечением при разрушекци элемента, исчерпание несущей способности элемента происходит с образованием , нормальной трещины в растянутой зоне. '

Для расчетной схемы налршшнногдеформированного состояния в стадии разрушения елабоармировашшх бетонных элементов принимаются следующие предпосылки:

- используется трапециевидная зпюра напряжений бетона в сжатой зоне;

- применяется гипотеза плоских сечений для средних относительных деформаций арматуры и бетона;

- напряжение в растянутой арматуре равно ее предельному разрывному сопротивлению б^сгс •

В связи с принятой формой эпюры напряжений бетона в сжатой зоне при потере несущей способности элемента по обрыву арматуры . . возможны два случая напряженного состояния, отвечающих, достике- <7 нею различных уровней деформаций крайнего,наиболее сжатого

волокна бетона нормального сечения:

- при используется треугольная эпюра напряжений в ^ сжатой зоне бетона; ' /

- при ¿¿к^- используется трапециевидная эпюра.

Относительная высота сжатой зоны определяется по формуле

1 ' (9)

Ч ! ! /

1тр=

_ " 15 "

где Нз вычисляется до формуле (3) при значении 65 = ££сгс ' методом последовательных приближений.

Несущая способность элемента определяется из выражения'

^сгсА-(Ь0--Н') . (10) \

где 2 - расстояние от центра тяжести эпюры напряжений бетона сжатой зоны до наиболее сжатой фибры сечения.

Результаты расчета прочности опытных слабоарлированкнх балок по предлагаемой методике были сопоставлены с результатами расчета в соответствии с рекомендациям!! СНиП 2.03,01-84.

Расчетный момент М5 по обрыву арлатуры оказался в среднем на 2,1% ниже расчетного момента, определенного по схеме потеря несущей способности до бетону сжатой зоны. По предлагаемой методике расчета у всех слабоаршрованннх балок ( 2 1 =0,132...0,195) обрыв арматуры: наступает раньше, чем дробление бетона сжатой зоны, что и соответствует характеру разрушения опытных элементов.

Минимальный процент аршровачяя железобетонных элементов, ■е

соответствующих Лу» , исхода из условяя, при одновременном разрушении по бетону сжатой зоны а по обрыву растянутой арматуры, находится по формуле. у

_ { [\ /гС-Ау! , 4 АС С-А"

„ _ 4 \х/гс-к\г , /-тт-г[У1вТТ;

В+1 В+1

(II)

V

где

"?5СГС

С - Н1о

^ • [ 4 + Я с 1 - ^о)

По этой главе бшш епеланн следующие выводы: - возможность использования коэффициента неравномерности деформирования арматуры, работающей совместно с бетоном растянутой зоны, в расчете прочности нормальных сечений железобетонных изгибаемых элементов конструкций позволила разработать расчет несущей способности слабоаргарованяых изгибавшее элементов, разрушающихся по разрыву арматуры, и предложить расчетный аппарат для определения минимальных процентов армирования железобетонных элементов из различных видов бетонов;

/

- экспериментально и теоретически показано, что при расче- ■ те прочности нормальных сечений изгибаемых переармированных и нормальноармированных железобетонных элементов возможно использование коэффициента неравномерности деформирования арматуры растянутой зоны как фуяида процента армирования, степени деформирования арматуры, прочностных и деформативных свойств бетона и арматуры и толщины защитного слоя растянутой арматуры; /

- -результаты анализа изменений теоретических значений минимальных процентов армирования железобетонных элементов от предельной разрывной деформации арматуры показали, что изгибаемые железобетонные элементы, армированные в диалазоне^Дгп^/Д<0,05/?, ]/ дают экономический эффект по расходу арматурной стали. Например, при годовом объеме выпуска плит покрытия типа П4 равном 120 тыс.м2 с применением процента армирования по предлагаемой методике расчета /i^mi =0,028$ экономия стали составляет свыше 36 т в год, т.е. расход арматуры снижается на 15$, так как такие плиты армируются при =0,05^. Б то же время экспериментально и теоретически показано, что применение в настоящее время предложенного метода расчета срочности изгибаемых железобетонных элементов конструкций по обрыву арматуры при их армировании в диапазоне J-C> 0,05$, что характерно для элементов,

армированных высокопрочными сталями с малой предельной разрывной деформацией (2.. Л%), дает возможность повысить надежность их эксплуатации, поскольку такие элементы разрушаются по разрыву арматуры при внешней нагрузке меньше, чем ожидаемой для раздробления бетона сжатой зоны. .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования, а также анализ технической литературы позволили предложить методику определения численных значений коэффициента неравномерности деформирования арматуры растянутой зоны изгибаемых алемен- ■ тов как функции от степени деформирования арматуры, процента армирования и деформативных свойств применяемого бетона и арматуры. ' 4

2. Разработанное предложение по определению коэффициента неравномерности деформирования арматуры, работающей совместно

с бетоном растянутой зоны,позволяет исследовать работу арматуры 7 вплоть до разрыва в изгибаемых элементах, дает возможность уточ-

f I !

нить относительную высоту сжатой зоны бетона во всех стадиях работы арматуры и оценить напряженно-деформированное состояние переармированных, нормальноармированных и слабоар-мированных сечешш элементов.

3. Предложение лп определению значения относительной высоты сжатой зоны Zr ¡позволило уточнить оптимальный процент армирования изгибаемых железобетонных элементов конструкций из разных классов бетона и арматуры.

4. Предложено теоретическое значение относительной высоты сжатой зоны бетона ?сгс, соответствующей одновременному разрушению бетона сжатой зоны с разрывом растянутой арматуры в зависимости от классов бетона и арматуры.

5. Определение коэффициента неравномерности деформирования арматуры, работающей совместно с бетоном растянутой зоны в изгибаемых элементах, позволило разработать расчет несущей способности изгибаемых слабоармированных бетонных элементов, разрушающихся по обрыву арматуры (£<gCrc )> и предложить расчетный аппарат для определения минимальных процентов армирования железобетонных конструкций.

6. Для изгибаемых железобетонных элементен из данного вида бетона возможно применение расчета прочности нормальных сечений по СНиП 2.03.01-84 с учетом особенностей деформатив-ных свойств бетона, полученных в данной работе.

7. Проведенные экспериментальные исследования и расчетные оценки прочности железобетонных элементов из бетонов на цементах, получаемых по технологии низкотемпературного синтеза (НТС), позволяют сделать вывод о возможности их применения в изгибаемых элементах для зданий, инженерных сооружений и для дорожных и аэродромных плит покрытия из бетонов в диапазоне призменной прочности 15...30 МПа.

8. Применение предложенного метода расчета по обрыву растянутой арматуры позволяет повысить надежность эксплуатации слабоармированных бетонных элементов конструкций и может дать экономию стали в пределах 15%.

Основные результаты научных исследований опубликованы в работе:

Радзуелинантенаина С. Изменение коэффициента неравномерности деформирования растянутой арматуры в изгибаемых железобетонных элементах. Сб. науч. трудов /МАДИ. Совершенствование строительных конструкций и методов их расчета. — М„ 1991.

Тематический план 1991 г., № 320 Подписано к печати 30.09.91. Формат 60X90'/i6- Ротапринтная печать. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-нзд. л. 0.97. Усл. кр.-отт. 1,25. Тираж 100 экз.

__Заказ 670. Бесплатно_

Издательство Университета дружбы народов _117923, ГСП-1, Москва, ул. Орджоникидзе, 3_

Типография издательства УДН 117923, ГСП-1, Москва, ул. Орджоникидзе, 3