автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность, жесткость и трещиностойкость изгибаемых конструкций из ячеистого бетона с минимальным армированием

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ . ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛВДОЗАТЕШЬСШЙ, 1РОЕКТНО-КОНСШ"КТОРСИЙ \ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И Ш1Е30БЕШНА СНИИЖБ)

На правах рукописи

Емельяненкова Елегз Льзовна

УДК 524.012.45:665.9*73.6.046

ПРОЧНОСТЬ, ИЕСТКОСТЬ К ТРЩШОСТОЛКОСТЬ ИЗГИБАЕМЫХ КОНСТРУКЩЙ ИЗ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА С МИНИМАЛЬНЫМ АРМИРОВАНИЕМ

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

А^топеф?рат диссертант; на соискание ученой степени кандидата технических наук

: Москва 1993 Г * *

""V,' ч^ /' / \

Работа выполнена ъ Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследоаательсйок, проекгао-конструкторском и технологическом института бетона и гелезобетока (РЙИЕЕ) Госстроя Р5.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Р.Л.Серых

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор.

Ю.З.Чиненков /

- кандидат технических нау1: О.А.Коковкн

Еедущая оргачиэация - Центральный научко-исследоБьт-ель'ский и просктно-экеперимснтальнъй институт промынленнкх эдакий к сооружонм Госстроя РЗ "ЦНИШромэданил"

■Защита состоится "" се1993 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 033.03.01 со присуждению ученой степени кандидата технических наук б Ордена Трудового Красного Знамени каучно-исследовательскск3 проектно-конструкторском и технологическом институте бетона'и железобетона Госстроя РФ по адресу: 109423, г.Москва, 2-я Институтская ул;, д.б.

С диссертацией ыогно. ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "¿?> пАйГ/О-'Т^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук Т.А.Кузьмич

СЩАЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность ггаботк. Совершенствование конструкций из ячеистого бетона и расггирение области их применения в основном сзязано с совершенствованием их расчета с конструирозанкя.

Б настоящее время в России на заводах ячеистого бетона изготавливается более I цлн.к3 становых панелей и крупных блоков для жилых, ггрсушенных и общественных зданай. Основная касса этих конструкций имеет малые цроценты армирования, количество арматуры, пак цравило, назначается по конатрутесгаззым требованиям йЬзП 2.03.01-84 с учатся минимального процента армирования, для изгибаемых элементов равного |1шп= 0,05$.

Увеличение геометрических размеров сечэния элементов, обусловленное архитектурными, конструктивными, теплотехническими и др.требованиями ? конкретным видам гелезобеюинкх конструкций, чясто не связано с необходимостью повышения прочное^ при заданных нагрузках. Расчет и гроектярогание таких кспо-^укпий с учете:.! требований нстл о минимальном проценте армирования ведет к неоправданному увеличению количества рабочей арматуры цри уззличении раз'юров сечения.

Исследование прочности, жесткости и трещичостоЯкости конструкций из ячеистого бетона с малыми црссектаж армирования про-водзлосг эпизодически и в недостаточное объеме. Бодроси изучения минимального пропешга армирования оставались до последнего времени откгкг^ж. Вместе с тем,у1:ек1.шеЕге мзнишльногс процента армирования, с 0.05$ до 0,03,^, при проектировании ячвисто-бетонннх конструкции мояат давать значительную зконо-'.гг^ ссали порядка 2 тыс.тонн в год.

Проведензе исследований, направленных на изучение аалря-аенно-дефоршрованного состояния изгибаемых элементов из ячеистого бетона с малыми цроцента^ш армирования, представляется актуальной задачей.

Деды? настоящей работы является изучение напряженно-деформированного состояния нзгиоаеках элементов из ячэлстого бетона с малыш процентами армирования ж разработка предложений до назначению минимальных границ армированяя в изгибаемых конструкциях, а тажо скорректированные метода расчета таких конструкций по 2-г.у предельному состоянию для еклечзни.г: е: в новую редакцию Российских Норм но расчету строительных конструкций.

Предметом защиты являются:

- результаты сравнительного анализа: конструктивных требований Нормативных документов и теоретических представлений о критериях назначения минимального процента армирования в исследованиях, носевдзннкх изучению прочности, жесткости и трепдано-стойкости изгибаемых железобетонных элементов, известных исследований но оценке нзщдаенно-дефорццрованного состояния изгибаемых армированных ячеистобатонных элементов;

- результаты экспериментально-теоретического исследования црочности, жесткости к трещиностойкости изгибаемых ячеистобетон-ных элементов с малыш процентами армирования, в пределах от

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

- оценка напряженно-деформированного состояния изгибаашх элементов из ячеистого бетона с минимальными процентами армирования;

- предложения по назначению минимального армирования;

- предложения по уточнении метода расчета на трещиностой-кость слабоармцрованншс изтабаемнх элементов из ячеистого бетона;

- предложения по назначению коэффициент-а неравномерност:: деюэрвгавдй бетона растянутой зоны ( 44 ) слабоаркзрованнкх из-гкбае'шх элементов из ячеистого ■ бетона.

Научнув новизна огботл состав.т-тют:

- эксдертаентальше данное по лро^яос-ш, нэеткокк! и тро-щшостсйксзтп кзгибаз.'.згх олабогрьзрозаЕшх элементов из ячеистого бетона;

- уто^ьошЕЁ .метод расчета, по трещквостойкости нсгибаешх сдабоаргдгрогавянт элементов из ячеистого бетсса;

- устанозлзгшке дшзаческие закономерности в изменешш напрягзЕяо-дефорайповгнноро состояния элементов з загЕОШссти от .чозйфздзента армирования Кр ( К^и = |Ц ;;

- экспериментальные данные по характеру разрушения слабо-армировгнЕых язгабаешх элементов из ячеистого бетона в зависимости от козф|ЗДЕекта аргароза^шя и вида арматуры;

- экспериментальные данные и физические представления о . дьаграм;«0, ргботы саэтого бетона з сон г, чистого г*хаба слаЗо-

армировгвЕНХ ."елэзобетонннх элементов :*з ячезстого бетона пр:: разяЕТЕюс уровнях нагружения, рплсть до ра^рузлептг.

ПтакЕ-стзекоз звгтотае ргбста состмт л том, тго в результате сксперта'&нтачьпо-тесретачасет:: исследо^сжй б^дл полутени дандне, позволившие павпач^ть 1лзенг.2Д£ьее2 процент аргяфоганьл и^гибаепах г-окс-гпукцзй в.з ячеистого бе-тона с учетом прочности, трзпшностожссти я прзделгпы:: дефермацш? з аркатуре

пред. пру. = йьё,, ). Полученные резулт-таты по макакалыю£ границе армнрозания могут быть использованы при корректировке

сущестзушеа: нормативных документов, при рациональном проектировании с сокращенный расходом аркатуры.

Предложения по уточнению методой расчета по треданестоикос-тп изгибаэдйгх слабоарьЕрованных элементов кз ячеистого бетона к нозые экспериментальные данные по диаграмме работа сжатого бетона могут являться дополньнием при создании цоеых Нормативных документов.

Апообадия работы. Основзые положения диссертационно! работы были доложены к одобрены на конструкторской секции ЕГО ШЖБ (19ЭЗг.).

Объем вабогы. Диссертация состоит из зеэдзкия, пяти глав, выводов, списка литературы из 82 наименований. Она содержит 193 страницы, 2 том числе 127 страниц гачтиноддсного те:сст.1, 48 рисунков, 18 таблиц, I прилскэЕия.

Работа выполнена а ШЫиБ Госстроя Г? под научным руководством доктора технических наук, профессора Р.Л.Серкх и при научной консультации кандидата технических наук, вед.науч.сотр. лаборатории ячеистого бетона НИИЗБ Б. Д. Филиппова. •

Содержание работы.

Прочностные и дефсрыатизные свойства изгибаемых конструкций из ячеистых бетонов изучались В.С.Булгаковым, В.Н.Горновым, В.И. Ивановым, В.В.Махаричэвыи, К.М.йилейковской, Н.И.Левиным, A.A. Калнайссм, М.Я.Кривицким, И.1.Жодзишским, В.Г.Золотухиным, Р.1. Серых, P.C. Коневым, В.А. Динскером, А.Н. Морозовым, Б.П. Филипповым, Б.С. Силаенковым, К.П. Муромскими др., на основании исследований которых создана современная методика расчета изгибаемых хелезобетонных элементов из ячеистых бетонов, отвергшая

_ э _

требованиям СНиП 2.03.Œ-S1L Однако отсутствуй- экспериментальные данные по пзучензш ашвивельного процента армирования изгибаемых конструкций из ячеистого бетона.

Как известно, в СЕШ 2.Ю. 01-84 принятый шнивльннй процент армирования сечкетя гшструкцпй не зависят от вида бетона и равен 0,05. Кроме топа в ШгП 2,03.01-84 есть п.4.9, где введены ограничения по иечзревиз несущей способности слабоармирэ-ряшттгт элементов одновевяееве с появлением первых нормальных трзщсн, т.е. принят хеешвдш равнопрочносот бетонного и армированного сечений зламэнта. Тккой подход был вдетвне предложен для элементов из тяеэлсго йьтша Р.Залигерсм и в дальнейшем усовершенствован К.С.ЗанриЕвым, А.Ф.Лолейтом, К .В. Сахнов скип, З.Н.Мурашевны, И.А.Три|сзновам,. С.А.Баловнм ж др., что нашло отражение в отечественных нормативных документах В-3-46, СЕиП Д-В. 1-62, СНиП П-21-75, СНиП 2.03.01-84 по расчету железобетонных конструкций.

■ Известны экспершенгаяьно-теоретические исследования Ю.В. Чиненкова, Г.А.Кузьмич, С.С.Егшша, А.Н.Музшна и др., выполнению г.НШЯБ'в I9S3-85 г.зг. па изгибаемых гелззобетонных элементах из легкого бетона с штатами процентам! армирования JU = = 0,02 + 0,06$. 3 исследованиях была показана возможность снижения нормируемого значзниа минимального процента армирования при выполнении цргггцша разнопрочности бетонного н армированного сечений элементов из легкого бет сна до величиныJU™i= 0,035?.

Во многих зарубзжных нормах по расчету и проектировании жвлэзобетснных конструкций, как, например, в ЕКБ-йШ, BS 8Ы0 (нормы Англии)и ACI 3I0M-83 (нормы Gil), ВЗК 73 (нормы Швеции) и др., при назначении минимальной границы армирования Taise

зглохек принцип равноцрочности бетонного и армированного сечений. Яри осуществлении принципа равноцрочности в отмеченных нормах учитывается такие факторы, как вид и диаметр арматуры, класс бетона, класс- арматуры, тип поперечного сечения и условия нагру-жешя.

Существуют подходы к определенив минимального процента армирования, разработанные в исследованиях О,Ф.Ильина, Б.П.Фельдмана, В.С.Щукина, В.Н.Гусахсва, Р.Сулуфу и др., где минимальное количество растянутой продольной арматуры предлагается назначать, исходя из ее предельной растяжимости или по ограничении деформаций арматуры величиной, определяемой характером диаграммы арматуры на растяквыие.

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

Известны исследования отечественных ученых З.В.Дегтерева, А.С.Залесова, О.Ф.Ильина, П.П.Семенова, Е.А.Чистякова, Ю.П.Гуащ, К.В.Михайлова и др. в направлении усовершенствовании метода сцепки напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций с учетом условий совместности деформирования бетона и арматуры • и диаграмм работы материалов цри одноосном напряженном состоянии. Обобщенный метод расчета нашел отражение в макете Новых Российских Норм, разрабатываемом в настоящее время в НИИЕБ в качестве перспективной модели отечественных норм для достижения единства-принципов расчета с нормами ЕКБ-ЛШ. Применительно к изгибаемым ячеистобетонный элементам апробации обобщенного метода расчета не проводилось.

Исходя из вышеизложенного,в настоящей работе поставлены еле-

дувдие задачи:

1. Экспериментальное изучение напряженно-деформированного состояния слабоаршрованных изгибаемых элементов из ячеистого бетона.

2. Установление зависимостей в изменении напряженно-деформированного состояния бетона и арматуры от характеристики армирования сечений К^ ( = ,11 . где $$ - напряжение в арматуре при разрушении элементов) и определение минимальной границы армирования изгибаемых олемзнтов из ячеистого бетона.

3. Установление зависимостей для определения величины коэщзциента "Н^ неравномерности дэфсрчацш батона растянутой зош слабоармированных ячезстобэтонных элементов и сценка 'жесткости и ¿пириш раскрытия трещин слабсахмирсданных изгибаемых ячеистобетозных элементов.

4. УстеноглЕние приемлемой методики для расчета прочности и трещиностойкости слабсарщрозанкпх ячелстсбетоннкх Блементов при проведении сравнительного анализа нацряяелно-десрормирован-ного состояния исследуемых образцов с использованием методики

. СНчП 2.03.01-84 и обобщенного мзтсда Налета Новых Российских Норм,

5. Определение обобщенной диаграммы деформирования ячеистого при сзатзн с установлением параметров базовых точек

в соответствии с общими принципами, принятыми е методике Макета Нозых Российских Норм для разных видов' бетона.

6. Оценка технико-экономической &ффэктлвнссти при возможном СаИльеыЕП минимальной теаницы армпрозагая в степо/ххх от^аж-да.тгщго: панелях из ячеистого бетона до уровня, установленного

в настоящей исследовании.

В соответствии с доставленная! задачами были проведены исследования на слабоармир озанных 6ахзша образцах иг ячеистого бетона. -

Вию изготовдвео и испыаано 25 йалшк прямоугольного сечения размерами 25 х 50 см, длиной 320 си, расчетным пролетом 300 си. .

Еалки быж изготовлены из ячвюяшо бетона низких классов по прочности на сжатие В 2,5; В 3,5; Ъ 5, плотностью ^ - 600 + 900 кг/м3, наиболее распространенных в ограгдавдиУ конструкциях. При армировании в качестве рабочей ¡продольной арматуры была использована сталь классов Вр-1, В-1 ж АЛ - без вЕграазпной площадки текучести щш соответствуйте: диаметрах 4, 5 и 6 мм. В качестве конструктивной арматуры йвш -ишользозана сталь класса В-1 (0 5). Продольную арматуру в Гаагой зоне балок обрывали в четвертях пролета от споры, что <йат необходимо-для более точного выявления взаимодействия скалиго батона и растянутой арматуры в зоне чистого изгиба. Дростратодвенние арматурные каркасы вязали из 2,3-х плоских с тамощып распределительной арматуры с шагом 500 мы. Для обветшания надежной и жесткой анкер овей на концах продольных арматгрннх стершей были приварены по два анкерных поперечных сше_ршдн зи стальные шайбы размером 50 х 50 х 7 мм. Заданные в исгащдовании проценты армирования сечений балочных образцов ^ (восхавили от 0,0172$ до 0,05642. Коэффициенты армирования йажк от 0,042 до 0,172.

Опытные балки испытывали на яилмчяд установке двумя сосредоточенными нагрузками в четвертях -свободного продета. Нагрузку . црикладывали ступенями 0,1 от отадрвипй разрушавшей нагрузки. В процессе испытания измеряли дефсрешш арматуры в середине про-

лета, средние деформации бетона на двух боковых гранях в трех уровнях по высоте сечения балок, прогибы в середине пролета п осадку опор, а также деформации бетона по всей высоте сечения при помощи тензорезисторов с базо£ 50 мы. При испытании измеряли также ширину рамфытия нормальных силовых трещин, фиксировали развитие технологических трещин.

До .результатам испытания бетонных призы на центральное сжатие и образцов арматура на растяжение были получены физико-механические характеристики бетона и арматуры. Кроме того были определены диаграммы состояния бетона и арматуры при одноосном напряженном состоянии для использования ех при проведении расчетов по методике Макета Новых Российских Норм.

По характеру разрушения было выявлено две группы балок в зависимости от вида продольной арматуры. Балка, армированные сталью класса А-Ш (0 6) без выраженной площадки текучести, разрушались от раздробления бетона сжатой зоны при достижении растянутой арматуре!* деформаций - в среднее разных 2,3%, что было меньше предельных, соответствующих разрезу атият^ры б э пред = = 4,1$. Напряжения в арматуре достигали зкачЕЛЕд больших условного предела текучести, з среднем равных 0,84 •

Было установлено, что исчерпание несущей способности саато2 зоны бетона наступало цри достижении значений граевнх максимальных деформаций - в среднем равных 3,95^.вне зависимости от кс-стфщнентг армирования . В тоне зре.'ш балки, армированные сталью улассг Вр-1 (0 4) и В-1 (05), разрушались хрупко, с мгновенном разрыве:.: арматуры в зоне чистого изгиба при напряжениях Йв-Вр , с ссответствущшл: = Разрыв арматуры каблвдался или в уровне приложения силы, близко :-:

четверти пролета, либо в середине пролета. При этом было выявлено достижение сжатым бетоном краевых деформаций от I до 2%> ь зависимости от коэффициента армирования, т.е. имел место случай недоиспользования несущей способности сжатой зоны бетона, из сравнения с бёпред = 3.99&.

На этапе нагружения, где появлялись первые нормальные трещины, характер дефорьжрозаккя бетона п арматуры в балках с технологическими трещинами и без них был различен. В балках с тех-нологическиш трещинами в момент ч^ещинообразования иыал место плавный характер изменения деформаций, а в балках без технологически х трещин было зафиксировано скачкообразное изменение деформаций. При' этом в балках без технологических трещин с меньшими коэффициентами армирования наблюдались 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 оцределяло также' и характер изменения относительной высоты сжатой зоны. В начале нагружения средняя относительная высота сжатой зоны ^ всех балок (¡ыла^ = 0,56 + 0,62. До уровня нагружения = 0,2* 0,3 Мтах происходило незначительное уменьшение относительной высоты сжатой зоны до ^ = 0,3 0,56. Резкое уменьшение высоты сжатой зоны было характерно для балок без технологических трещин при уровне нагружения, соответствовавшем моменту образования нормальных трещин. На этапах с ^1= 0,5 + 0,7Мтах было замедленное изменение высоты сжатой зоны с последущей стабилизацией при уровне нагружения 0,7 + О.эМщи, когда величина составила 0,12 + 0,32 для всех балок.

Сравнение опытных результатов по измерения!,1 ширины раскрытия трещин балок двух типов, с технологическими трещинами и без них, позволяет говорить о примерно одинаковом развитии по этапам нагружения. На этапах, близких к разрушению, ширина раскрытия технологические трещин Осте = 0,012 + 0,7 ш практически совпадала с шириной раскрытия силовых трещин Скат,! = О»1 + 0,6 мм.

С ростом нагрузки происходило развитие прогибов, отвечавших характеру развития деформаций бетона и арматуры, обусловлен -ному наличием или отсутствием технологических трещин.

Вгла устанозлвна связь в изменении характеристик прочности, деформативности балок п коэффициента армцрозания. Большему значению Юи соответствовали более высокие разрушашие нагрузка, высоты сжатой зоны,и были ниже прогибы.

Оценка напряженно-деформироваиного состояния испытанных балок была проведена в соответствии с методикой СНиП 2.03.01-84 и методикой Макета Новых Российских Норм. Использование двух метода: позволяло решать основные задачи исследования, обеспечивая вмзете с тем возможность сопоставления результатов.

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

Анализ показал, что соотношение значений опытных -оазрусахн

I |е*р

щих моментов и теоретических : "" , 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 показывает хорошузо точность метода расчета СНиП 2.03.01-84 по прочности нормальных сечений для малоармировашшх изгибаемых элементов из ячеистого бетона.

- 12 -

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

Mere = RstWpt , (I)

где P-gt -прочность бетона при растяжении;

V/рБ -момент сопротивления цриведенного _сечения с учетом неуцругой работы растянутого бетона, определяемый по формуле (138) ШиП 2.03.01-84; в среднем на 15^ выше опытных значений (Mere ). Поэтому для повышения точности расчета момента трещинообразования в формулу (I) следует вводить коэффициент оС = 0,85, по аналогии с формулой (23) СНиП 2,03.01-84 по расчету изгибаемых бетонных элементов из ячеистого бетона:

Mere = Ret Wpt оС . (2)

Коэффициентом оС можно учесть погрешность, возникащув за счет переоценки несущей способности бетона растянутой зоны, принимая эпюру напряжений е бетоне растянутой зоны в виде прямоугольника, как предусмотрено в методике СНиП 2.03.01-84.

Реализация расчетных положений Макета Новых Российских Норм при оценке прочности и трещиностойкости слабоармированных балок из ячеистого бетона предполагала установление исходных обобщенных диаграмм бетона на растяжение и на сжатие и арматуры на растяжение. Были обойдены многочисленные данные опытов К.Д.Му-ромского, Х.Рша и Р.Зедля по испытанию бетонных и армированных призы, соответственное центральное и внецентренное сжатие и данные настоящих опытов.

Базовые точки кусочно-линейной диаграммы сжатия (растяжения)

бетона, предусмотренной в макете Новых Российских Норм, были определены сладу ыциш параметрами деформаций и напрянениг:

- основная базовая точка- деформациями С £>6to ), максимальными напряжения!® Rg ( Ret ) сяатия (растякения) при одаооснсш напряаенном состоянии: ёьо = 2,I3^£,8ti=

- первая дополнительная базовая точка-деформациями об!

( <j6ti ) и напряжения!®! 6ei( Östi ), охраничивашимц область диаграмма напряяекий, в которой условно принято, что бетон • работает упруго:

- вторач дополнительная базовая точкам предельными деформациями крайнего сзатого (растянутого) волокна бетона Ses С &sta ) и максимальными нацряяениями Re ( Ret ) при плоском напряженном состоянии: £>6а = 3,99,11>,5би = 2%.

КоЕффицаент полноты эпюры нацрянений СО s скатого бетона балок был оцределан в зависимости от соотношения деформаций бетона крайнего сжатого волокна при разрушении балок 5 s и параметра основной базовой точки 6бо по следующим формулам: 68 ( ^ fiïV1

0)6= 2&(1t.D) , (з)

éto

Ci)e —¿-(25 + f)i,-D-f) , (4)

при

где-

g, = ¿s p _ ^>6« Rs Ôeo ' E.6 6>6o

Установленные предельные значения ООб составили 0,78. Значения коэффициента полноты эшзры напряжений бетона растянутой

- 14 -

зоны 60et были вычислены по формуле (4) для всех балок при значениях: ¿&о = 0,2/i , ¿Et = 2£>. Среднее значение со et 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 треш базовыми точками, соответствовавшими пределу упругости ( ), условному пределу текучести ( бол ) и временному сопротивлении ( Rssp ).

Теоретические разрушающие моменты были вычислены при значениях усилий в арматуре и в бетоне, определяемых по формулам:

Ns = 6s/^ К Ne=Rs"6Xtû6 , <5)

где Kls - усилие в арматуре;

- напряжения в арматуре при разрушении балок, в зависимости от опытных деформаций 6 s устанавливаемые с использованием параметров диаграмм 6s -6s одноосного напряженного состояния и условия деформирования бетона и арматуры (7);

Ne - усилие в бетоне;

X - высота сжатой зоны, определяемая из уравнения равно-зесия усилий в бетоне и в арматуре, когда усилия в арматуре выражены через краевые деформации и высоту скатой зоны бетона;

(jjt - коэффициент полноты эдггоы напряжений, определяемый по формулам (3) ила (4).

Соотношение значений опытных и теоретических разпушащих

моментов -, ■т>х составило в среднем О,SE, что подтверждало Min»

приемлемость использования модели расчета Макета Новых Российских Норм для оценки прочности слабоармированных изгибаемых ячеистобетонных элементов наряду с моделью СНлП 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 трещпностойкости слабоармированных ячеистобетонных изгибаемых элементов.

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

Ns + Мб = 0 (6)

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

jk=_X__(?)

h,-X '

была получена зависимость между деформациями бетона и арматуры посредством коэффициентов СО 8 и Kju :

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

V 0.78 , (9)

(\ttnun — -с---'

J osnaeft , <

дао-5 1

о

где 0,78 к 3,99* 10 -- соответственно предельные значения OJe

и ¿g , характеризуйте исчерпание несущей способности бетона сжатой зоны, при-

нятые на основании полученных опытных данных и многочисленных данных работ Х.Рша, Р.Зелля, К.П.Муромского.

Вычисленные по формуле (9) значения Крпип Для опытных балок, армированных сталью с условным пределом текучести, с предельный! деформациями при разрыве: для классов Вр-1, Б-1 и А-Ш - ; 1,3*; 4,1%; - составили соответственно

0,156; 0,183; 0,069.

Изменение опытных значений деформаций арматуры и бетона в зависимости от коэффициента армирования, показанное ьри разрушении балок, было близко прогнозируемому по данным теоретического исследования. 3 случае армирования сталью с б в пре$ = = 1,3%; 1,6%, при коэффициентах армирования балок,соответственно, меньших Kjai.Mii = 0,183; 0,156 были зафиксированы разрыв арматуры и недоиспользование несущей способности бетона сзатой зоны. 3 токе время для стали класса А-Ш без выраженной площадки текучести с £>5през = - Д/>> ьрн коэффициентах армирования К^шСт! = 0,069 (вычисленного значения ¡\jiiroin дая случая стели класса А-Ш) было отмечено исчерпание несущей способности бетона сжатой зоны при значениях деформации в арма^-туре, достаточно точно описываема зависимостью (8).

Следует отметить, что значения временного сопротивления ( Кввр ) и условного предела текучести ( С5о.а ). показанные по результатам испытания на разрыв арматуры класс Вт[ь1 и В--1, были выше нормативных на 40 % при близких к нор..1ат:,гзны?л значениях бгпрер . Однако эти обстоятельства не оказалп решающего влияния на достижение поставленных задач исследования, поскольку црг заданном в эксперименте различит: физико-механических характеристик стали был установлен определяющий параметр -

&s пред и зависимость (9), позволяющая вычислить минимальный коэффициент армирования, ¡¿ишшальная граница армирования из условия одновременного исчерпания несущей способности бетона сжатой зонн и разрыва растянутой арматуры может быть определена для конкретного вида армирования, как было показано в нас-таящем, исследовании на примере стали с условным пределом текучести, по формуле (Э) щи известных характерясстках 6sпред*

Уточнение опытного минимального значения коэффициента армирования Куа-гёп из условия обеспечения разнопрочности бетонного и армированного сечений было проведено графоаналити-ческнм кзтодом. Определяли точку пересечения прямой У =А+32С, корреляционной зависимости гц от Xi > где Xi представлен в значениях. Kjai=jUl-g^n в значениях отношений j^tw для каждого опытного образца, с прямей "U = I. Опытное значение KjümlTi принято равным 0S030. МзнимальЕсю значение Kj!iмп = = 0,045 с обеспеченностью 0,96 было определено по точке пересечения выше означенных црямнх, с введением коэффициента 1,2 в корреляционную зависимость -jj = ^ , что совпадало с требованием п.4.9 СНиП 2.03.01-84 о введении коэффициента 1,2 в формулу определения момента трещинообразования по ограниче-, шш конструкций'при исчерпании несущей способности одновременно с появлением первых трещин.

Минимальные коэффициенты армирования Kjt пйя балок были назначены по двум условиям, по ограничению конструкций от разрыва арматуры и от разрушения црз появлении, первых трещин, равными большему из сравниваемых параметров Kju min и Kj^ mni. для каждой балки. Для всех балок Kj*

mm был больше Кр min.» исходя из чего Kjttrr»,= Kjttmm , i.e. ЩШЕЯТ для данных опытов по условию ограничения от разрыва арматуры.

минимальные проценты армирования можно устанавливать по переходной формуле в завсспмося: от минимальных коэффициентов армирования: jUmln = Kjumu ^ ЮС, где & = RsSp - для стали с условный.предало:;! текучести; = <5т - для стали с выраженной площадкой текучести.

14шимальные проценты армирования дли балочных образцоз составили от 0,024 до 0,105 с большими значениям?:, отвечавшими бетону более высокого класса и арматуре с меньшими предельными деформациями разрыва ( ¿ьпр«)) •

Таким образом минимальней цроцоьт армированая jUmu = 0,05/2, по СНиП 2.03.01-84, оказался завышений: в случае армирования сталью класса A^JI (без выраженной площади с &snpej = 4,1$) п бетона, классов В5'и ниже. В то зе время jlirdu - 0,05% занижен в случае использования арматура клаосо^ Bj-1 и B-I с £Snpeg = -- 1,6%; 1,3% и бетона классов БР.,5* В3,5; В5, когда со результата".! исследования Jitmh-устаыозлен от 0,061$ до 0,105^.

Зыбор критерля по назначению мияималспого коэффициента, процента армирования зависит от ьида используемых сталей: с условным или физическим пределом тех^чести. Предедьниз деформации арматуры 6sпред и, соответственно, условие ограничения от разрушения по бетону сжатой зоны с разрывов арматур:: для арматуры с условным -пределом текучести явилась определявдкш факго-раш для исследованных балок при установлении Kjumin, Jlímin < Оцределявдим границу мин?мольного армирования д. . стали с физическим предела.: текучесм будет, по-видимому, j ллсг.ие ' разнопрочности бетонного и аршгрованного сечений, из-за возможности развития больших цредельных деформаций арматури (при ¡5s = = Rs6p ) к, вместе с геы, еысоксй вероятностью раскрытия недопустимо большх трещин.

- 19 -

В результате анализа деформативности испытанных балок было установлено, что расчет кривизны можно проводить з соответствии с требованиями п.4.27 СНпП 2.CG.01-84. Специфика ячеистого бетона предполагает утет следующих обстоятельств. Поскольку наличие или отсутствие технологических трещин в ячеистом бетоне -не прогнозируемые явления, которые надо учитывать при проектирования конструкций, как было показано в исследованиях Г.П.Сахарова, В.В.Макаричева, К.М.Малейкозской, Б.С.Сплаенкова и др. (14 балок в настояшх опытах бнлг. с технологическими трещинами), по нашему кшенив, слздуэг проводить расчет по деформациям изгибаемых ячеистобетонннх элементов, заранее предполагая наличие техно логнчзекпх трещин, т.е. с использованием формулы (160) СНиД 2.03.01-84 определения кривизны:

(10)

г hoZlEsAs ^6h.EsP /

Ко&фйщиент в формуле (ISO) СЕиД 2.03.01-84 необходимо принимать равны:.! 1,0, т.е. без учета сцепления растянутой арматуры с бетоном.. йсли отсутствие в элементе технологических трещин монет быть гарантировано, то коэффициент Ys моет о определять по эмпирической формуле настоящего исследования:

% = 0,75 + 0,5 Ml-Мтг^ f (II)

Мтах ~ Mere

где Mere Е Mmax - соответственно моменты трещинообразова-ния и разрушащай.

Среднее относительное значение прогибов ( ) при

уровне нагрунения Mi= С.6 * 0,7 Мman составило 0,005, что : опреда 0,007.

меньше определяемого СНиП 2.03.01-84 нормативного прогиба I

- 20-

По скольку ашщрическая формула (144) СНаД 2.03.01-84 по оцределенив ширины раафытая трещине запасом от 0 до 70£ спи-сыаада раскрытие технологических и силовых трещин по этапам нагрудения (примерно одинаковое со результатам опктоз), можно закдннитъ, что формула (144) приемлема для расчета слаооар-мированных изгибаёьих элементов из ячеистого остова. Сравнение опытных значений ширины раскрытия трещнп в балкам с нормируемым ОНаП 2.03.01-34 значением &сгс= 0,4 показало, что во всех случаях опытное значение -было меньше нормативного на этапах нагругаяия ^ = 0,6 Мт» .

Ори установлении минимальных коэффициентов армирования не были введены охтаничения, связанные с шириной раскрытия трещин и о дефоркатизностыэ балок.

Подученные результаты исследования логут быть использована при корректировке СЕиП 2.03.01-84 в част еаатания ;лнт^ддьного процента армирования та условия 'одновременного разрушения по бетону сжатой зоны с разрывом арматуры и из условия разрушения при появлении первых трещин. Экспериментальный подтверждением возможности снижения шшяакьнйго цроцепта аршдзования при армировании стеновых панелей; служг,™ данные по изпзтанют трех стеновых панелей серии 1.030. зз ячеистого бетона _В2,5 и армированных сталью, класса А-Ш (0 6) без.выраженной плеездки тегу-чести. Испытания были выполнены лабораторией ячеистого бетона ШИЕБ на Минском КСИ. С процентом продольного ар^р-зания |Ц -= 0,034$ панаш удовлетворяли требованиям по прогости, жесткости и трещиностойхости. Снижение минимального процента аркирова-ния при использовании дгэнннх настоящего исследования применительно к назначении минимального армирования стеновых панелей из ячеистого бетона классов 32,5; В3,5, с 0,05/2 до 0,03> поз-

вэлет для. подавзпщзго числа ограндащих конструкций из ячеистого бетс-ла (стеновых панелей, армированных сталью класса А-й без выраженной "лсщадки текучести) получить экономию арматурной стали до 1,5 - 2,5 кг/м3.

СЩИЕ ВЫЗОЛУ

1. Аназагз существухпил теоретических и экспериментальных исследований по установлению ьгкимальных цределоз армирования показал отсутствие единых представлений в принципах назначения минимального процента армирования. Незначительное число целенэп-равлешшх экспериментальных исслэдсганкй, посвященных изучэниз слабоармированных Езлеэобэтслных и ячеистобетоыных изгибаемых элементов, обусловила постанозку сснозвкх задач выполненных исследований.

2. Б результате выполненного ксцплекса исследований нзцря-лхнно-дэфсрмяровакЕого состояния изгибэ.екых ячзпстобетонных элементов и анализа экспертментальных данных внябязеы зависимости деформаций бетона к арматуры от кос-ш&щиента армирования. Показано, что граничные значения коэффициентов армирования долзны назначаться з зависимости от вида применяемой стальной арматуры

и определят область недоиспользования несудей способности бетона сжатой зоны при предельных деформациях в арматуре ( 6 э пред при

= ) в случае' стали без выраженной площадки текучести.

3. Установлено, что минимальные значения коэффициентов армирования, в виде граничных Кщ гид и соответствующих процентов армирования |Ц , не обходило устанавливать, исходя из условий по:

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

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

4. Экспериментально установлены эщшрзческие зависимости по определении коэффициента неравномерности деформаций бетона растянутой зоны ( ) Д-тя изгибаемых слабоаргсгровакннх яченсто-бетонннх элементов, где гарантировано отсутствие технологических трещин прч урогшх Еагругзнпя после обраэовзкпя нормальных силовых трещин в растянутой зоне в зиле:

44 = 0,75 + "ф с,7о I). При калкан техпо-

Мгпазг Merc

логичес^чх \J/S должен приниматься пос-тояшшм и разкам

единице, т.е. без учета оцепления адатуры с бетоном.

5. Поскольку опытные прогибы и ш^ина растештик трещин изгибаемых влеыснтов при уровне нагружедия h/ii = 0,6 + 0,7 Мгла* была меньше предельных, установленных нормали, тс ограничений, связанных с дефорыаташэстыо и раскрытием тропик, цри ацояие Елзряженно-дейо^гоЕразгаЕОгэ состояния сласоариаровалньтх элементов из ячеистого .бетона, не установлена..

6. Расчета, выполненные на гредаостоакогс* но кетодаке CEjH 2.03,01-84, шхэзалс завизденьн* значения теоретических го-ичнтсв трещгнообразавангя над оеытнгме. С цетаз учетя этого введен пецравочвк* коэйдилиент сС = С,85 в рекомендации СНиП

2.СЗ.01-84 но сщ)едел?нш> момента образования крркальнэт срещин для слабоармцрованных нзтбаемых элементов на ячеистого бетона в виде: Mcrc= 0,S5\Vptku •

7. Уетодякс. CHzE 2.03.01-£4 ь ытодаа Макета Гзвюс Российских Нсри позволяет достаточно цадезке оценить прочность с;пбо~ аишзсваннЕХ иггибаегах элементен из ячеистого бетона. Соотноше-

кие опылите :: расчетных разруишвдх т.гснтоз Г. з средне;.;

ттпгос

состарило 0,9В. В соответствии с общими принцпиа'ли, принаткли в

методике 1.1акета Новых Российских Нсрм для определения исходной диаграммы равных видов бетона на сзатпе.. а также на оснсвакг;: испытаний балок и бетошшх призм, с учетом обобщенных данных известиях исследований, былк определены параметры базовых точек обобщенной даагралак сжатия ячеистого бетона:

8. Результаты настояпдас исследований по назначению ьяпшлаль-

црт проектировании стеновых панелей из ячеистого бетона.

Основные положения диссертации опубликованы з следящих работах:

1. Екбяьянзыхова Е.1,, Серых Р.Д. ^книмальное армирование изгибавших элементов из ячоистого бетона // Сб.тр./ НЙИ2Б. - И., 1983. - Исслэдсванйо ячеистых бетонов и конструкций'. - с. 59-63.

2. Серых Б.Л., Фялишсз Б.П., ЕмельянеЕкова Е.Л. Минимальная эдашща армирования изгибаемых элементов из ячеистого бетона // Экспресс-информация/ Сер. Строительные конструкции и материалы. Вып. 4. - ВНИИНТГШ, 1993. - с.12-16.

6* = 0,4; &£0 = 2ДЗ& = 3,89£

ного процента аргарозания позволяет сократить расход арматуры