автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность, жесткость и трещинностойкость изгибаемых конструкций их яичеистого бетона с минимальным армированием

6 од

п дог шз , ,

государстве,ннып . ордена трудового красного знамени научно-исащпрмтЕльсюа, пговотга-кшсготтшсй * и ташлогачЕсюа институт бетона и железобетона

(н и и е б)

На правех рукописи

Емельяненкова Елееа Льзовна

УДК 524.012.45:566.973.6.046

ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ И ТРЕЩШССТОЗКОСТЬ ИЗГИБАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА' С ШММАЛЬНШ АРМИРОВАНИЕМ

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

Автореферат диссертант-; нз соискание ученой степзпи кандидата технических паук

Москва 1993

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском, проектно-конструкторско:.; и технологическом института бетона и "елезобетона (НИШЕ) Госстрое Р5. Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Р.Л.Серых

Официальное оппоненты - доктор технических наук, профессор.

Ю.Б.Чиненков ■ - кандидат технических наук О.А.Кокоага

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский и просктно-экспериментальный институт промьшленнкх зданий и сооружений Госстроя РЗ "ЦНИИромзданий"

Защита состоится " <"<гуУ7»Л"/Л19ЭЗ г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 033.03.01 по присуждению учел

ной степени кандидата технических наук б Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и техно логическом институте бетона и железобетона Госстроя РФ по адресу: 109423, г.Москва, 2-я Институтская ул., д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " АР.Г/СТА 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Т.А.Кузылич

СЕДАЯ Х&Р.ШЕРИСГШ РАБОК

Актуальность уаботк. Совершенствование конструкций из ячеистого бетона и расзгарение области их применения в основном сзязано с совершенствованием их расчета г конструирования.

Б настоящее время в Россш на заводах ячеистого бетона изготавливается более I млн.м3 стеновых панелей и крупных блоков для аглых, прс?«шлзнных к общественных зданий. Основная касса этих конструкций имеет малые цроцентн армирования, количество арматуры., ¡так правило, назначается по .чонатрукгазшл требования!.! СНиП 2.03,01-84 с учете:.: минимального процента армирования, дай ззгзбаэдах элеиеннов равного JUnn- 0,05%,

Увеличение геометрических размеров сечэнкя элементов, обусловленное архитектурные?, конструктивны®, теплотехническими и др.требогазг'шы ? кошфэтным задать аелезобегонннх конструкций, часто не связано с необходасое^в цовнезния прочноета: при заданных нагрузках. Расчет и проектирование таких кспс/трутсний с учета: требований ec^jm о 1Шьима.чьном проценте армирования ведет к леолравдлшему увеличению количества рабочей арматуры при уззличенни рааикзров сечзния.

Исследование прочности, пэсткости и трещичостоЗкости конструкций из ячеистого бетона с малыми процентами армирования проводилось эпизодически и в недостаточном объеме- Богроет изучения ьинилгалыюго процента аргсгроланпл оставались до последнего зрежни огкткх^ми. Вместе с теы^укекпбЕне жепшльног? процента ар1Лзроваамя, с D.05^ до 0,03$, при проектировании лчепстс-бэтонных конструкции может давать значительную экономии стали порядка 2 ткс.тонн в год.

Проведение исследований, направленных на изучение яапря-аекно-дефоршрованного состояния кзгибаешх элементов из ячеистого бетона с ыадзш цроцентагли армирования, представляется актуальной задаче]:.

Дельи настоящей таботя является изучение Еащшженно-дефор-мированного состояния изгибаемых элементов из ячеистого бетона с малыш процентами армирования и разработка предложений до назначению киниыальшх границ армирования з изгибаемых конструкциях, а таюш скорректированные метода расчета таких конструкции по 2-члу предельному состояшга для еклечекип ю: в новую редакцию Российски Норм по расчету строительны? конструкций.

Предметом защиты являвтея:

- результаты сравнительного анализа: конструктивных требований Норте.тивнж документов и теоретичваосс представлений о критериях назначения минимального процента армирования в исследованиях, посввдэннкх изучению прочности, жесткости и трещшо-

.стойкости изгибаемых железобетонных элементов, известных исследований ш оценке нзцряаенно-деформироваыного состояния изгибаемых армированных ячэистобетонных элементов;.

- результаты экспериментально-теоретического исследования црочности, аесткости и трещиностойкости изгибаэшх ячеистобетон-ных элементов с ыалнми процентами армирования, в пределах от

р. = 0,0172$ до = 0,0564$, с учетом влияния прочности бетона, вида и количества арматуры;

- оценка нацряаенно-дефорщрованного состояния изгибаемых элементов из ячеистого бетона с минимальными процентами армирования;

- пред лона ния до назначении минимального армирования;

- дредлонэнш ло уточнению метода расчета на трещиностой-кость слабоармирсвастш: изгабаемнх элементов из ячеистого бе-

тсна;

- предложения по назначению коэффициента неравномерноегк дедаоруацни бетона растянутой зоны ( 44 ) слабоаретровалнкх изгибав?^: элементов та ячечетого • бетона.

Научнув невизнт -работы составлята:

- экспериментальные дашгне по про^аоети, нэсткоот? и тре-щгноотойкезтя тагибгег.ых слабоаркщюзашшс элементов кз ячеистого бетона;

- уточаеныьгй метод расчета ло трещЕносгойкости ксгибаеглых слабоар;.зро:;аЕЗЫ2 элементов аз ячеистого бетс~а;

- установленные сризачеекке закономерности в изменении нацряязЕло-дефэршповгнного состояния элементов з зависимости от г-ээффздиента армзроваяая К/ц ( = ):

- экспериментальные данные по характеру разрушения слабо-армировпнЕЫХ изгабаэмых элементов из ячеистого бетона в зависимости от коэффициента армиисзаэдя и звда арматурн;

- экспериментальные даашз и физические представления о . даагр85£^ч работы саатого бетона з сонп чистого вчхаба слабо-арщрозанЕШс ¿.елаэойгтоншх э-тэкевтев из ячанстого бетона хгр:: разяЕткис уровнях нагкгжениг, вздеть до раз;оупеы:1й.

Практически? знпч&тае рг-ботн состоит в тоц, что в результате 2ксиерэ.'1&нта.1Ьцо-1есрзтичэскю: исследовании биде получены даышге, пезволивгае назначать шншзльныЗ процент армирования для иягибаекгпс конструкций из ячэзстого бз-тона с учетом прочности, трзщизостоЗксст:: 2 зрздо.иннг деформацзг з арматуре

пред. при = ^ ). Полученные результаты по шшмалыю?: границе армарозанЕя могут быть использованы при корректировке

существувдшс нормативных документов, при рациональном проектировании с сокращенным расзсодоы арггатурн.

Предложения по уточнению методики раската по трецйнесгоЗкос-ти изгибааанх сдабоариЕрованннх элементов кз ячеистого бетона, и новые экспериментальные даншэ по диаграмме работ:? сжатого бег она могут являться доиолньшеы прк создании цоеых Нормативных документов.

Ащюбашш работк. Основные положения диссертационной работы были долсаены е одобрены на конструкторской секции ЯГС НШЙБ (1993р.}.

Объем работа, Диссертация состоит иг авздения, пята глаз, выводов, сядска литературы из 82 ыаииенэванвй. Об.а содержит 193 страницы, л том часле 127 страниц галтрттошсного текста, 48 рисунков, 18 табыц, I приложения.

Работа выполнена з НИИ5Б Госстроя под научным руховсд-ством доктора технических наук, профессора Р. Л. Серых и при паузной консультации кандидата технических наук, вед.науч.согр. лаборатории ячеистого бетона ШШЕБ Б.Д. Филиппова. ■

Содернакие работы.

Прочностные и деформатавные свойства изгибаемых конструкций из ячеистых бетонов изучались В.С.Булгаковым, В.Н.Горновым, Б.И. Ивановым, Б .В. Макарлчэвыы, КлЛ.йклейковской, Н.И. Левиным, A.A. Калнайссм, Ы.Я.Крпвициы, И.Л.Жодзшсхиы, В.Г. Золотухиным, Р.Л. Серых, P.C. Коневым, З.А. Линсхером, А.Е. Морозовым, Б.П. Филипповым, Б.С. Силаенковыы, К.П. Муромскими др., на основании исследовании которых создана современная методика расчета гзгпба-еьях железобетонных элементов из ячеистых бетонов, отве^пцая

требованиям СНиП 2.03.01-84. Однако отсутствую зксперимеяталь-ные данные по изучению минимального процента армирования изгибаемых конструкций из ячеистого бетона.

Как известно, в СНиП 2.03.01-84 принятый швншгалышй процент армирования сечения конструкций не зависит от вита бэтона и равен 0,05. Крод® того в СНиП 2,03.01-84 есть а.4.9, где зве-дэнп ограничения по исчерпает несущей способности слабоармирэ-вашшх элементов одновременно с появлением первых нормальных трзщпН;. "\е. принят принцип равнопрсчнссяг беконного и армированного се'чэпй элеюнта. Такой подход был впервые предложен дай элементов из тяеэлсго бетона Р.Згяигэрсу и в дальнейшем усовершенствован К.С.Завриевым, А.Ф.Долентоы, К.В.Салновским, Б.Н.Цут>ашевнм, И.А.Трифоновым, С.л.Баловыи г др., что нашло отраяение в отечественных нормативных документа:; Е-3-46, СЕиП II-Б»1-62, СНиП П—21—75, СМ 2.03.01-84 по расчету аэлезобеток-ню: конструкций.

Известны эксперидакта^ьно-теоретические исследования Ю.В. Юшенкова, Г.А.Кузьшч, С.С'.Егаяна, А.НД5ужна и др., быполкэн-нез г В1-53Б в 1333-55 iyr. па изх™баецзх гсялззобетоЕных элементах из легкого бетона с низкими процентами армирования (Ц =

j

= 0,02 * G,06$. 3 исследованиях была показана возможность сяи-яския .йсршруемего значения шнжгального процента армирования црк атаюлыекки цргншша равнощючности бетонного з ар?лцрог?нно-го езчеяай элекентез из логдогэ бетс^а до величины jilnbi= 0,035$.

Во осотах згрубогких нормах но расчоту и проектировании тчл?эобетоншх конструкций, как, нацриизр, з ЕКБ-ЗШ, В5 ВЫ0 (норш Англии),. AGI ЗМЫ-ЗЗ (нерын Gïk), ВЗК 79 (нормы Швеции) ¡i др., цри назначении шшшальноЕ границы армирования та:зэ

- б -

заложен цринщп равноправности бетонного и армированного сечений. При осуществлении цринципа равнопрочности в отмеченных нормах учитывается такие факторы, как вид и диаметр арматуры, класс бетона, класс арматуры, тип поперечного сечения и условия нагру-жения.

Существует подхода к определению минимального процента армирования, разработайте в исследованиях О,Ф.Ильина, Б.П.Фельдмана, В.С.Щукина, В.Н-Гусаксва, Р.Сулуфу н др., где минимальное количество растянутой продольной арматуры предлагается наьначагъ, исходя из ее цредельной растязтаости ели по ограничению деформаций арматуры величиной, определяемой характером диаграммы арматуры на растяшзше.

Метода расчета прочности, жесткости и трещиностойкости изгибаемых армированных ячаистобегонннх элементов в многочисленных исследованиях основаны на теории расчета обычных железобетонных элементов, представленной в СНиП 2.03.01-84.

Известны исследования отечественных ученых Б.В.Дегтерева, А.С.Залесова, О.Ф.Илызна, П.Л.Семенова, Е.А.Чистякова, Ю.П.Гущи, К.В.Михайлова и др. в направлении усовершенствовании метода сценки напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций с учетом условий совместности деформирования бетона и арматуры ■ и диадами работы материалов при одноосном напряженном состоянии. Обобщенный метод расчета нашел отражение в макете Новых Российских Норы, разрабатываемом в настоящее время в НИИЕБ в качестве перспективной модели отечественных норм для достижения единства принципов расчета с нормали ЕКБ-ЗИИ. Применительно к изгибаемым ячеистобетонным элементам апробации обобщенного метода расчета не проводилось.

Исхода из вышеизложенного,в настоящей работе поставлены еле-

дувдне задачи:

1. Экспериментальное изучение напрякенно-дефорыированного состояния слабоармированных изгибаемых элементов из ячеистого бетона.

2. Установление зависимостей в изменении напрнхенно-дефор-мированногс состояния бетона и арматуры от характеристики армирования сечений К^ ( Кр = (Н , где Рь - напрякение в арматуре при разрушении элементов) и определение минимальной границы армирования изгибаемых о десантов из ячезогогс бетона.

3. Установление зависимостей для определения зежчины коэффициента "Н^с неравномерности дзтормацый бетона растянутой зекч слабоаршированнш: ячезстобетонных элементов и сценка 'жесткости и ширины раскрытия трещин слабсарцгосванных изгибаемых ячеистобетонннх вяемеятов.

4. Установление цсземлеыо2 методика дата расчета прочности и трещиностойкости слабсарщрозаншх ячеистсбетоннкх елвиэнтов при проведении сравнительного анализа няцромшо-деформирован-ного состояния исследуемых образцов с использованием методики

. СИеП 2.03.01-84 и обобщенного- метода Макета Левых Российских Норм.

5. Определение обобщенной диаграмма дефррщреваигя ячеистого батона ври сгатот. с установлением параметров базовых точек

в соответствии с сбдиш принципами, ирзнятавш е методике Макета Новых Российских Норм для разных ыщов жетона.

6. Сценка техняно-^дснсмическсй гффэктнвчеоти при возможном сьяжоеел шнимаяьной границы аргпрозаглк в стегошх охрая-дапцго: пане'оях из ячеистого ботона до уровня, установленного

в настоящей исследовании.

В соответствии с поставленными задачами были цроведепы исследованЕя на сдабоаошровянкюс балочных образцах из ячеистого бетона.

шло изготовлено и исдых-ано 25 балок црямоугодьногс сзче-ния размерами 25 х 50 см, длиной 330 см, расчетные пролетом 300 см.

Еалкн были изготовлены из ячеистого бетона низких классов по црочности на сжатие В 2,5; Б 3,5; В 5, плотностью ^ = 600 * 900 кг/л!3, наиболее распространенных в ограэдапци? конструкциях. При армировании в качестве рабочей продольной арматуры пользована сталь классов Вр-1, В-1 ж А-Ш - без вырааспной площадки текучести прд соответстзуюзп: диаметрах 4, 5 л 6 мм. В качестве конструктивной арматуры била использована сталь класса В-1 (0 5). Продольную арматуру в сжатой зоне балок обрывали в четвертях пролета от шоры, что было необходимо для более точного выявления взаимодействуя сжатого бетона и растянутой арматуры в зоне чистого изгиба. Пространственные арматурные каркасы вязала из 2,3-х плоских с помощьи распределительной арматуры с шагом 500 мм. Для обеспечения надежной ж жесткой анкер овна на концах продольных арматурных стержней были приварены по два анкерных поперечных .етерння к стальные шайбы размером 50 х 50 х 7 мм. Заданные в исследовании проценты армирования сочений балочных образцов составили от 0,0172? до 0,0564$. Коездициенты армирования балок К|и= бнж

от 0,042 до 0,172.

Опытные балки испытывали на силовой установке двумя сосредоточенными нагрузками в четвертях свободного пролета. Нагрузку црикладываж ступенями 0,1 от ожидаемо! разрушашей нагрузи. В процессе испытания измеряли деформации арматуры в середине про-

лета, средние деформации бетона на двух боковых гранях в трех уровнях по высоте сечения балок, прогибы в середине пролета и осадку опор, а также деформации бетона по всей высоте сечения при помада тензорезисгоров с базой 50 им. При испытании измеряли также ширину раскрытия нормальных силовых трещин, фиксировали развитие технологических трещин.

По результата:.! испытания бетонных призм аа центральное сжатие и образцов арматуры на растяжение были получвнк физико-меха-ничэскиэ характеристики бетона и арматуры. Кроме того были определен!: диаграмма состояния бетона и арматуры щи одноосном напряженном состоянии для использования их при проведении расчетов по методике Макета Новых Российских Норы.

По характеру разрушения было выявлено две группы балок в зависимости от вида продольной арматура. Балка, армированные сталью г.ьасса -А-Ы (0 б) баз выражение! площадки текучестп, разрушались от раздробления бетона снятой: зоны при достижения растянутой арматуре* деформаций - в среднее р^вннх 2.3%, что было меньше предельных, соответствующих раз^нзу арматуры 6 s пред = = 4,1%. Напряжения в аркатуре достигали значений больших условного предела текучести, в среднем равных 0,84 RsSp .

Было установлено, что исчерпание несущей способности сжатой зоны бетона наступало при досишзшш значений краовах максимальных деформаций. - в среднем равных 3_.9S.f~ вне зависимости от кс-ь'Йищзента армирования ^ . В тоже зре:ш балки, армированные сталью Вр-1 (0 4) и 3-1 (0 5), разрувались хрупко, с

ыгнэвенипм разрше:.: арматуры в зоне чистого изгиба при напряжениях Rsßp , с ссоизетствущшаи Ssnpeg = If% 1,3$. Разрыв арматуры наблвдался или в уровне приложения силы, близко к

\ четверти пролета, либо в середине пролета. При этом было выявлено достизаяне сзаяш бетоном краевых деформаций от I до 2%> ь зависимости от коэффициента армирования, т.е. имел место случай яедоиспользевания несущей способности сжатой зоны бетона, из сравнения с ббпред = 3,99$»

Еа этеш нагруаения, где появлялись первые нормальные трещины, характер деформирования бетона и арматуры в балках с технологическим! трещинами и без них был различен. В балках с технологической трещинами в моиент трепданообразования имел место плавный характер изменения деформаций, а в балках без технологических тредак было зафиксировано скачкообразное изменение деформаций. При этом в балках без технологических трещин с меньшими коЕзлициеш/амк армирования наблвдались большие прирост деформаций в бетоне и в арматуре. Максимальные деформации бетона, и арматуры в таких балках были того же порядка, что и деформации балок без трещин.

Наличие или отсутствие технологических трещин определяло также' и характер изменения относительной высоты сжатой зоны. В начале на1ругешя средняя относительная высота сжатой зоны ^ всех балок была ^ = 0,56 + 0,62. До уровня нагрукения Mi = О»2* С,3 Мшах цроисходоо незначительное уменьшение относительной высоты скатай зоны до ^ = 0,3 + 0,56. Резкое уменьшение высоты скат ой зоеы было характерно для балок без технологических трещин при уровне яахрузения, соответствовавшем моменту образования нормальных тревдн. На этапах с Ml= 0,5 + 0,?Мтах было замедленное изменение высоты с^хлюй зоны о последупцей стабилизацией при уровне нагругения Mi = 0,7 + С.эМшах, когда величина t составила 0,12 4 0,32 для всех балок.

Сравнение опытных результатов по измерениям ширины раскрытия трещин балок двух тшов, с технологическими трещинами и без них, позволяет говорить о примерно одинаковом развитии по этапам нагружгния. На этапах, близких к разрушении, ширина раскрытия технологических трещин Окгс = 0,012 * 0,7 мы практически совпадала с шириной распития силовых трещин Цсп,1= О»1 + О»6

С ростом нагрузки происходило развитие прогибов, отвечав--ишх характеру развития деформаций бетона и арматуры, обусловленному наличием или отсутствием технологических трещин.

Енла установлена связь в изменении характеристик прочности, деформативности балок и коэффициента армирования. Большему значению К|И соответствовали более высокие разрушающие нагрузки, высоты сжатой зсяы, 2 были ниже прогибы.

Оценка напряженно-деформированного состояния испытанных балок была проведена в соответствии с методикой СНиП 2.03.01-84 и методикой Макета Новых Российских Норм. Использование двух методе; позволяло решать основные задачи исследования, обеспечивав вместе с тем возможность сопоставления результатов.

Расчет.нормальных сечений на действие лзтабаицюс цоментов в СБиП 2.СЗ.01-84 основан на уравнениях равновесия: моментов внешних и внутренних усилий и усилий в бетоне и в арматуре; при выполнении гипотезы плоских сечений, использовании прямоугольной формы эпюры напряжений в сжатой зоне бетона.

Анализ показал, что соотношение значений опытных пазрусак-

уежр

щих моментов и теоретических Г!*"** , с учетом фактических

Мтах

значений прочности бетона и арматуры, было в пределах от 0,8 до 1,13 и з среднем составило 0,98, что показызает хорошую точность метода расчета СНиП 2.03.01-84 по прочности нормальных сечений для мал оармзфовеннкх изгибаемых элементов из ячеистого бетона.

- 12 -

Анализ моментов трещинообразования нормальных трещин в растянутой зоне изгибаемых малоармированных элементов показал, что вычисленные по ыетодаке СНиП 2.03.01-84 значения моментов трещинсобразования:

Мсгс-1к\А/р£ , (I)

гда Р^ -прочность бетона при растяжении;

\д/ре -момент сопротивления приведенного сечекия с учетом неупругсй работы растянутого бетона, определяемый по формуле (138) СНиП 2.03.01-84; в среднем на 1Ъ% выше опытных значений ( Мсгс )• Поэтому дая повышения точности расчета момента трещинообразования в формулу (I) следует вводить коэффициент сС = 0,85, по аналогии с формулой (23) СНиП 2,03.01-84 по расчету изгибаемых бетонных элементов из ячеистого бетона:

Мсгс = • (2)

Коэффициентом оС монно учесть погрешность, возвикалцую за счет переоценки несущей способности бетона растянутой зоны, принимая эпвру напряжений в бетоне растянутой зощ в виде прямоугольника, как предусмотрено в методика СНиП 2,03.Щ-84.

Реализация расчетных положений Макета Новых Российских Норы при оценке прочности и трещиыостойкости слабоармированных балок из ячеистого бетона предполагала установление исходных обобщенных диаграмм бетона на растяжение и на сжатие и арматуры на растяжение. Были обобщены многочисленные данные опытов К.П.Му-ромского, Х.Рша и Р.Зедля по испытанно бетонных и армированных призы .соответственно, на центральное л внецентренное сжатие и данные настоящих опытов.

Базовые точкп кусочно-линейной диаграммы скатпя (растяжения)

- 13 -

бетона, предусмотренной в макете Новых Российских Норм, были определены следувдиле параметрами деформации и напряжений:

- основная базовая точка- деформациями Ч £>eto ), максимальными напряжениями Rg ( Ret ) сжатия (растяжения) при одноосном напряженном состоянии: &> = 2fI3¡S»6sto= 0,2&

- первая дополнительная базовая точка-деформациями об(

( ¿óti ) и напряжения.'® (5t¡( Öiti ). ограничивавшими область диаграммы напряжений, з которой условно принято, что бетон работает упруго:

- вторая дополнительная базовая точкам предельными деформациями раннего сжатого (растянутого) золокна бетона Sei (6eta : и каксяыальннш напряжениями Re ( Ret ) при плоском напряженном состоянии: = 3,995«, <5 et г = .

Когффкциент полнстн эшпры напряжений COs сжатого бетона балок был определен в зависимости от соотношения деформаций бетона крайнего сжатого волокна при разрушении балок ¿5 и параметра основной базовой точки Sea по сдедуящам формулам:

68 i при -^<1

0)8 =-¿-(2B + f)6,-D-í) ,(4)

где р •

Ъбо ' L.6 Обо

Установленные предельные значения 00 б составили 0,78. Значения коэффициента полноты эпюры напряжений бетона растянутой

- К -

зонк бОб! были вычислены по формуле (4) для всех балок при значениях: б&о = 0,2« , ¿к. = ~%>. Среднее значение 60еь составило 0,8.

Обобщенные кусочно-линейные диаграммы стали с условным пределом текучести, использованной в настоящих опытах, были определены на основании рекомендаций Макета Новых Российских Норм тремя базовыми точками, соответствовавшими пределу упругости ( .), условному пределу текучести ( бол ) и временному сопротивлению ( йэер ) •

Теоретические разрушащие моменты были вычислены при значениях усилий в арматуре к в бетоне, определяемых до формулам:

где К1$ - усилие в арматуре;

- нацряаезия в арматуре цри разрушения балок, в зависимости от опытных дефорь'едий устанавливаемые с использованием параметров диаграмм бз-бэ одноосного напряденного состояния и условия деформирования бетона и арматуры (7);

Мб - усилие в бетоне;

X - высота скатой зоны, определяемая из уравнения равновесия усилий в бетоне и в арматуре, когда усилия в арматуре зырааенн через краевые деформации и высоту сгагой зоны бетона;

(Об - коэффициент полноты эшеры напряжений, определяемый

по формулам 13) или 14). Соотнесение значений опытных и теопетических разрушавдах моментов . составило з среднем 0,3с, что подтверждало

Мтгах

- 15 -

приемлемость использования модели расчета Макета Новых Российских Норм для оценки прочности слабоармцрованных изгибаемых ячеистобетонных элементов наряду с моделыз СНиП 2.03.01-84. Соотношение значений опытных и теоретических моментов образования нормальных трещин составило 0,98, что также подтверждало высокую точность обобщенного метода расчета в части оценки трещкностойкости слабоармированных ячеистобэтонных изгибаемых элементов.

Из совместного ведения уравнения равновесия внутренних усилий в бетоне и в арматуре:

№ + = о (6)

д условия деформирования бетона я арматуры, с учетом гипотезы плоских сечений:

_ (7)

Ил-X.

была получена зависимость между деформациями бетона и арматуры посредством коэффициентов <Юё и Кщ :

Куц

Из уравнения (8), при введении ограничений по одновременному исчерпанию несущей способности сжатого бетона и разрыву растянутой арматуры, была установлена зависимость по определению минимального ксзедгдленоааргвгрованзш:

Г 0.78 , (9)

гч/алип - С '

3,38 10''

где 0,78 к 3,99- ПГ3- соответственно предельные .значения ¿05

и ¿6 , характеризующие исчерпание несущей способности бетона сжатой зоны, при-

пятые на основании полученных опытных данных и многочисленных данных работ Х.Рша, Р.Зелля, К.П.Муромского. Вычисленные по формуле (9) значения К]иш;.п Для опытных балок, армированных сталью с условным лределш текучести, с предельными дефорьициямк при разрыве: для классов Вр-1, Б-1 и А—III - ¿апред = 1,р,%; 1,3*; 4,1£; - составили соответственно 0,156; 0,183; 0,069.

Изменение овнтдах значении деформаций арматуры и бетона в зависимости от коэффициента армирования, показанное при разрушении балок, было близко прогнозируемому по данным теоретического исследования. 3 случае армирования 'сталью с 5$ пре§ --- 1,3%; I,&%, при коэффициентах ар^ировалря балок,соотзететвзн-но,меньших = 0,133; 0,156 были зафиксированы разрыв

арматуры и недоиспользование несущей способнпсти бетона слатой зоны, Б тезе время для стали класса А-Ш без выраженной площадки текучести с = - цш роэф^щиентах армирования Куи. > Kj.tmi.Ti = 0,059 (вычисленного значения ¡\jumin ДОЗ . случая стали класса А-Ы) било отмечено исчерпание несущей способности бетона сжатой зоны при сначэнжях деформации в арыэг тэре, достаточно точно описываеаех зависимостью (8).

Следует отметить, что значения временного сопротивления ( &р ) и условного предела текучести ( <Зо.2 ), показанные по результатам испытания на разрыв арматуры класс" Вр-1 и Б-1, были выше , нормативных на 40 % цри близких к нор;лат:.шшм значениях 6 5 пред . Однако гтп обстоятельства не оказали'решавшего влияния на доаттэше поставленных задач исследования,' поскольку прп заданном в эксперименте различии физико-механических характеристик стали бил установлен определяющий параметр -

¿sTipttj к зависимость О), позвояяшая вычислять минимальный коэффициент армирования. аштмальная граница армирования из условия одновременного исчерпания несущей способности бетона сжатой зонн и разрнва растянутой арматуры могет быть определена для коякретного вида армщэования, как было показано в настоящем исследовании на тикере стали с условным пределом текучести, по формуле (Э) при известных харахтерястажах Ssnpet)*

Уточнение опытного минимального значения коэффициента армирования К '¡V-. из условия обеспечения разнопрочности бетонного и арщрсегякого сечений было проведено графоаналитическим методом. Определяли точку пересечения прямой У =А+ВХ, котзреляционшй зависимости гц от Х.1 > где Xi представлен

п О \ / ехр

в значениях Kjul = -"^i в значениях отношений j^jSS

для каздого опытного образца, с прямей Ii = I. Опытное значе-

6 _

ние Kji.rwv принято равным 0,03G. ЦанимальЕое значение Kjü?Tiiti = = 0,045 с обеспеченностью 0,96 было опредолено по точке пересечения влше означенных прямых, с введением коэффициента 1,2

д+е>х

в корреляционную зависимость v = - — . 410 совпадало с

о 1.2

требованием п.4„Э СНлП 2.03.01-84 о введении коэффициента 1,2 в формулу бцределения момента трещиЕообразования но ограниче-, нии конструкций при исчерпании несущей способности одновременно с появлением первых трещин.

Минимальные коэффициенты армирования Kjn m'm балок были назначены по двум условиям, по ограничению конструкций от разрыва арматуры и от разрушения при появлении первых трещин, равным больпеглу из сравниваемых параметров Kju nun. » ^Jt nun для каждой балки. Для всех балок nun. был больше Kjü min , исходя из чего Куцт.»= К mm , т.е. принят для данных опытов по условии ограничения от разрыва арматуры.

- Iß -

минимальные проценты армирования можно устанавливать по переходной форкуло в завпснмостп от минимальных коэффициентов армирования: |Ц№[„ = Кр ттп ■ ^ ЮС, где = RsSp - Для стали с уславши пределом текучести; ß5 = 0т - дая стали с выраженной площадкой текучзсаги.

ГАдащальные проценты армирования для балочных образцов составили о? 0,024 до 0,105 с болнпиш значениям;:, отвечавшими бетону более высокого класса и арматуре с меньшими предельными деформациями разрыва ( ¿ünpej) -

Таким образом минимальный цроцоат армирования jli-nnii = 0,05$, по СНиП 2.03.01-84, оказался зяячденша: в случае армирования сталыо класса АЦЕ (без выраженной пяозц&дет с &su-pej = 4,1%] и бетсна5 -классов В5'и никз, В то ле время jli-min - 0,05$ занижен в случае копользовадия арматура клаосоь Bi-I и B-I с 6 s-пред = - 1,6$; 1,3$ и бетсна классов £2г5- В3,5; В5, когда по результата:.! йсследовэязя J&ma бпл ус^аноздэн от 0,051$ до 0,105$.

Выбор критэр^ш по назначению минимального коэффициента, процента армирования зависит от ыгда используемых сталей: с условным ели рразическкы пределом хекучезти. Лредельнпе деформации арматуры 6sпри и, соответственно, условна ограничения от разрушения по бетону сжатой гоны с разрывом арматура для арматуры с условным -прбдело;« текучести явзлпсь определяшцими йакго-рами для ассяедсвавнзх балок при установление Kjümin, jUtmin * Определявдшл границу минимального аржоовазия дг- стали с физическим пределом текучесги будоя, по-видимому, у?лсгж ' разнопрочзости бетонного и армированного селений, из-за возможности развития больших предельных деформаций арматуры (при Rs = = Rs6p ) вместе с тем, высокой вероятностьэ раскрытия недопустимо больших трепщн.

- 19 -

В результате анализа деформативяостя испытанных балок было установлено, что расчет кривизны mosho проводить в соответствии с требованиями п.4.27 СНгЛ 2.03.01-84. Специфика ячеистого бетона предполагает учет следующих обстоятельств. Поскольку наличие или отсутствие технологических трещин в ячеистом бзтоне -не прогнозируете явления, которые надо учитывать при проектирования конструкции, как било показано в исследованиях Г.П.Саха-роза, В.В.Накаричева, К.М.Мялейковской, Б.С.Силаенкова и др. (14 балок в настоящих опытах бнлп с технологическими трещинами), по нашему ¿¿неняа, следует проводить расчет по деформациям изгибаемых ячедстобетсаннх элементов; заранее цредполагая наличие технологичзекзх трещин, т.е. с использованием формулы (160) СНаП 2.03.0.1-84 определения кривизны:

±- м f ж , щ ) (105

г " hoZlEsÄs /

Ко&фйгЦЕент з формуле (160) СНиД 2.03.01-84 необходимо принимать равпна 1,0, т.е. о'ез учета сцепления растянутой арматуры с бетоном..Вели отсутствие в элементе технологических трещин мокет быть гарантировано, то коэффициент можно определять до эмпирической формуле настоящего исследования:

lj/s = 0,75 + 0,5 . <1Г>

Mrrui* - Mere

где Mere и Mtivm. - соответственно моменты трещинообразова-ния и разрушающий.

Среднее относительное значение прогибов ( ■) при уровне кагруазнЕя Mi = 0,6 4 0,7 Mm« составило 0,005, что меньше определяемого СЗнД 2.03.01-84 нормативного прогиба

-i— = 0,007.

150

- 20 -

Поскольку эмпирическая формула (144) СНиП 2.03.01-34 по определению ширины раскрытия трещин с запасом от 0 до 70£ списывала раскрытие технологических и силовкх трещин по этапам нагружена? (примерно одинаковое ео результатам опе-тоз), можно заключить, что формула (144) приемлема для расчета слаооэр-ипровалных изгибаалк элементов из ячеистого оетона. Сразнсниэ олытних значений ширины раскрытия тревдп в балка:: с нормцруе-мнм СНти1 2.03.01-34 значением (ктс^ 0,4 показало, что во всех случаях опытное значение было меньше нормативного на этапах нагрууения =0,6 Мтд-х .

При установлении ышдагальннх хго^хцЕентов армзфОЕания нэ были введет ограничения, с2яз?дн!.те с шириной раскрытия трещин и с деформатизностьа балок.

Полученные результаты есслэдовззяй ногу! быть испояьзо'ейны щш корректировке СВпП 2.03.01-84 в часж шатания гинешьногс процента армирования ^и»» ^з уелсыш одновременного разрешения по бетону сжатой зоны с разрывов арматурн и из условия разрушения при иояЕлзнии первых трещич. Экспериментальны;,; подавсрадг-наеи 203МС2НООТ2 кшгения ¡.пшмадьного цро^сзта ар:крозания при армировании.стенозах панелей слузг:~: данные по испытанию трех стеновых пан?лей серии 1.030 за ячегстоТо бетона В2,5 и армированных сталью класса А-Ш (<2 5) без Еыражезнсй ижсрдке тму-чести. ¡'¿опытгкяя били выполнены лабораторией ячеистого бетона НИИЕБ на ¡¿шоком К2Е. С процентом продольного ар^спанзя |Ц -= 0,034$ панелх удовлетворяли требование.! по прочности, неотгос-ти и трещиностойкости. Снижение шшааального процента армирования щш использовании дпнтшх настоящего исследования применительно к назначению минимального армирования стеновых панелей из ячеистого бетона классов 32,5; В3,5, с 0.05/5 до 0,03^ поз-

волст для поддвлтцзго числа ограгдашпс конструкций из ячеистого бетона (становых панелей, армированных стальв класса А-Ш <3е& выраженной тлсщадки текучести) получать эконокню арматурной стали до 1,5 - 2,5 кг/м3.

ОБЩИЕ 5ЫВ0.ЦУ

1. Анатаз сушествуЕдо: теоретических и экспериментальных исследований по установлению :.гнЕмальных пределов армирования показал отсутствие единых представлений в принципах назначения минимального процента аршрсванид. Незначительное число целенап-равлензнх экспержэюальвкх тследсганий, посвящеяЕкх изучение слабоармированных Езлезобетсгшых я ячеистобэтонных изгибаемых звЕменто25 обусловила постановлю основных задач выполненных исследований.

2. В результате внао^мат'от-о колшлекса доследований напряженно-деформированного состояния изгибаемых ячеистобетонных элементов и анализа экспериментальных данных выявлена зависимости деформаций бетона а арматуры от кооф&щиента армирования* Показано, что граничные значения коэффициентов армирования должны назначаться з зависимости от вида применяемой стальной арматуры

и определяют область недоиспользования несудей способности бетона сжатой зоны при предельных деформациях в арматуре ( 6 5 пред цри

= Ка8р) в случае* стали без выраженной площадки текучести.

3. Установлено, что минимальные значения коэффициентов армирования, в виде граничных К^ттоп и соответствующих процентов армирования |Ц т{п., необходимо устанавливать,исходя из условий по:

. - ограничению от одновременного разрыва арматуры и разрушения по бетону сжатой зоны при недоиспользовании несущей способности бетона;

- ограничению от разрушения изгибаемых элементов с появлением первых трещин от силовых воздействий.

4. Экспериментально установлены эащрэтеские зависимости по определении коэффициента неравномерности деформации бетона растянутой зоны ( H's ) дая изгибаемых слабоармггровааных яченсто-бетонных элементов, где гарантировано отсутствие технологических трещин при уровнях нагруазнЕЯ после образования нормальных силовых трещин в растянутой зоне в зиде:

Н4= 0,75 + ("44= 0,75 } I). При наличии ияно-

IViraj.- '.itrt

логических тргщин IJ/S долаен приниматься постоянным и разызл единице, т.е. без учета оцепления арматуры с бетоном.

5. Доско-Еь.чу опытные прогибы и лщрига раеркытия трещин изгибаемых олапентов црв уровне нагружепия Mi = 0,£ + 0,7Мтпа> была меньше предельных, устанозлаяных нормами, тс ограничений, . связанных с дефэраативностыо и раскрытием трещин, при оценке гапряженно-дефорлшршанЕого состояния слЕбоармарованнЕХ элементов из ячеистого Жетона, не установлено,.

6. Расчеты, выполненные на трещьностоИкость по методике GEd2 2.03.01-84, показали зааышенане значения теоретических моментов трещенообразованЕЛ над опыгкшп. С целыз учета этого введен поправочшй коэ§зшиект сС = С,85 з рэг.омендации СНиЛ

2. СЗ. 01-84 но определению момента образования нормальных трещин для слабоарыпровзяЕНл: изгибаемых элементов из ячеистого бетона. в гиде: Mere = 0,35 Wp&Rst •

7. 'Методика СНиЛ 2.03.01-84 к методика 13акета Г ¿ваг Российских Норм позволяет достаточно надезго оценить прочность одабо-атавгоованнкх нггибаеглс: элементов из ячеистого бетона. Соотноше-

кие ошгг-шх к расчетных разтзушалш: моыонтов з среднем

Мтпах

составило С,92. Б соответствии с общими лр^щ^а^ж, приняты;!:; з

методике Ыакега Новых Российских Норм для определения исходной диаграммы разных епдов бетона на сжатие, а также на осксвавг.: испытаний балок и бетонных цсизл, с учетом обобщенных данных известиях исследований, были определены параметры базовых точек обобденной диаграммы сжатия ячеистого бетона:

8. Результаты настоящих гсследозянт* по назначению минимального процента армирования позволяет сократить расход арматуры пртд проектировании стенознх панелей из ячеистого бетона.

Основные положения диссертации опубликованы з следузззо: работах:

1. Емельянзыкоза Е.Л., Серых Р.Л. йпшыальное армирование изги-ба&щнх элементов из ячеистого бетона // Сб.тр./ НйИЖБ. - ¿5., 1589. - Исследование ячеистых бетонов и конструкций. - с.59--63.

2. Серых Б.д., Филиппов 5.П., Еме льяненкояа ЕД. Минимальная граница армирования изгибаемых элементов из ячеистого бетона // Экспресс-ингоорцапия/ Сер. Строительные конструкции и материалы. Вып. 4. - БНЙИНТПИ, 1993. - с.12-16;