автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Раннее нагружение монолитных конструкций многоэтажных гражданских зданий в зимний условиях

Челябинский государственный техничесгай университет

На правах ручюписй

ЕАЙВУРИН АЛЬБЕРТ ХШГЮВЛЧ

раннез нагруешб ютлигных КОЖТРУКЦШ гдаогшглшшх граяданских здлшт в зимок условиях

Специальность СБ. 23.01 - "Стростельныэ конструкции, здания н сооружения"

Автореферат диссертация на соисканкз ученой степени кандидата-технических наук

Челябинск 1992

Работа выполнена в Челябинском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

С. Г. Годовнев. '

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

¡а А. йвашенкэ; кандидат технических наук С. И. ДемакоЕ.

Бедулдя организация - институт. ЮкурадНИИстрой г. Челябинска

Защита состоится " 20 " мая 1992 г. > Е " /У " часов, на заседании специализированного совета К 053.13.05 в Челябинском государственном техническом университете по адресу: 454080, Челябинск, пр. им. ЕII Ленина, 76, ауд. 244.

С диссертацией шжко ознакомиться в библиотеке университета

/V

Автореферат разослан "' ' " u 7 1S92 г.

Ученый секретарь Е ТрегУ®»

' специализированного совета," ¿f кандидат технических-наук /

• ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

'4

■'^г^цяй I Актуальность темы. Значительное увеличение объемов монодомостроения, имеющего ряд существенных преимуществ, • вряд ли возможно без кардинального улучшэния всего комплекса научно-исследовательских и проектно-конструкторспсих работ с учетом особенностей возведения зданий, а том числе в зимних условиях. Монолитное домостроение в районах с длительным зимним ' периодом сопряжено с большими дополнительными затратами и увеличением продолжительности строительства Значительно снизить затраты и сократить сроки возведения монолитных конструкций позволяет технология их раннего нагрухения. При этом ресурсосберегающий эффект достигается за счет ускорения сроков распалубки и загружекия конструкций с учетом темпов строительства, режимов нагруженкя, особенностей работы конструкций л свойств бетона раннего возраста. Поэтому определение параметров раннего нагружения (прочностных и деформативных характеристик бетона з процессе нагружения, интенсивности, режима и длительности нагружения) монолитных конструкций гражданских зданий во взаимосвязи, с особенностями их возведения и •инструктивной работы в зимних условиях является актуальной проблемой.

■ Целью диссертационной работы является определение параметров раннего нагружекия монолитных конструкций многоэтажных гражданских зданий в зимних условиях с учетом особенностей ' их возведения. '

Научную новизну работы составляют:

результаты исследований дефорйативных и прочностных характеристик тяжелого бетона при раннем нагруяэнш в условиях отрицательных температур и оттаивания; •

аналитические зависимости изменения прочности и деформа-тивности 'бетона раннего возраста в условиях отрицательных температур и последующего оттаивания;

методика расчета основных параметров раннего нагруиения монолитных стен и перекрытий в зимних условиях;

уточненная методика, расчета несущей системы монолитных зданий в стадии возведения;

результаты опытно-производственно!* проверки значений параметров раннего нагружния. монолитных конструкций при возведении 16-этахного жилого дома

Ка аашиту выносятся:

результаты экспериментальных исследований влияния раннего нэ^ружения тяжёлого бетона при осеаом и внецентренном сматии к изгибе на его физико-механические свойства в условиях отрицательных температур и последующего оттаивания;

установленные опытным путем количественные зависимости, характеризующие влияние отрицательных температур и оттаивания на прочность и деформативность бетона, нагруженного в раннем возрасте; значения допустимой интенсивности нагрумвния бетона при сжатии и изгибе и уточненная методика расчета монолитных зданий в стадии возведения с учетом параметров раннего нагру-иения;

результаты натурных исследований реальных монолитных конструкций при их раннем нагрукении в зимних условиях;

основные принципы и последовательность расчета параметров и проектирования технологии раннего нагружеиия; результаты натурных исследований температурных и прочностных полей в монолитных конструкциях при ускоренном возведении 16-этажного сборно-монолитного доыа в зимних условиях.

Практическая ценность работы заключается в уточнении методики расчета монолитных зданий .в стадии .возведения с учетом параметров раннего нагружения и низкотемпературных воздействий; в установлении и опытно-производственной проверке значений. параметров раннего нагружения монолитных стен и перекрытий в зимних условиях; в разработке принципов и последовательности расчета параметров и проектирования ресурсосбере-. гающей технологии раннего нагружения данного класса конструкций. .

Апробация и публикация работы.

Основные результаты работы докладывались на 'Всесоюзном совещании по железобетону (Казань, 1989 г.), научно-техническом семинаре "Интенсификация бетонных работ в строительном. производстве" ( Челябинск, 1989 г. ), совещаниях технического совета в строительных подразделениях ТСО "Шуралстрой" (1990-1691 гг.) и 42, 43 и 44-й'научно-технических конференциях ЧГТУ (1989- 1991 гг.). Основные положения диссертации опубликованы в 4 печатных работах и одном авторском свидетельстве на изобретение.

Достоверность результатов работы подтверждается методами статистической обработки опытных данных; выбором адекватных математических моделей зависимостей, полученных при реализации

планов экспериментов; достаточным количеством опытных образ. цов; сходимостью результатов в сериях и дублированием отдельных серий экспериментов; данными натурных исследований и внедрения.

Внедрение результатов работы осуществлено на объектах объединения "Челябметаллургстрой" при возведении 16-этажных сборно-монолитных жилых домов. Экономический эффект в сумм? 53,55 тыс. рублей (б ценах 1984 г.) получен за счет снижения себестоимости бетонных работ и сокращения сроков строительства

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 162 наименований и четырех приложений. Она содержит 211 страниц, включая 148 страниц текста, 42 таблицы и 44 рисунка.

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

Анализ расчетных положений СНиП 2.03.01-84 показал, что расчет монолитных конструкций в стадии возведения в зимних условиях не учитывает целого ряда важных факторов: влияние раннего нагружения на свойства бетона, воздействие отрицательных температур, процессы микротрешинообразования и модификации структуры бетона под нагрузкой при заморакивании и оттаивании, длительность этих процессов. По мнению проф. Е. К Щербакова, расчетные положения действующих норм только в самых обеих чертах отражает сложные закономерности физической нелинейности, индивидуальных особенностей бетона и условий работы конструкций. _ .

Основными элементами несушей системы монолитных зданий являются конструкции стен и перекрытий. В соответствии с требованиями норм,. прочность ' бетона при распалубке и частичном нагрухении монолитных стен устанавливается в широких пределах (сг критической при замерзании до 70 I проектной), в то время как для монолитных .перекрытий строг» соблюдаются •положения СНиП 5.03.01-87 по распалубке в ненагрукенном состоянии (70. ..80 Z проектной) и при частичном загрузившим 70.. .100 Z проектной). • Требование высокой распалубочной прочности монолитных конструкций приводит к значительной энергоемкости их тепловой обработки, снижению качества конструкций в'«результате длительного теплового воздействия и увеличению продолжительности строительства Вследствие этого предпочтение отдается

- б -

сборным перекрытиям, несмотря на то, что они на 10. ..15 X дорожа конолтанах и требует больших суммарных энергетических затрат при изготовлении.

, Недостатки монолитных'конструкций, связанные с необходимостью их длительного выдерживания в опалубке до набора бетоном требуемой прочности, могут Сыть преодолены при использовании приема раннего нигружения, позволяющего полнее реализовать конструкционные возможности бетона за счет активного воздействия на его структурообразование в раннем возрасте.

Анализ литературы показал, что наиболее полно разработаны вопросы раннего нагружэнил Фундаментов промышленных зданий к мостоэих опор, на основе экспериментально-теоретических исследований -0. Я. Берга, С. Г. Головнева, А. Е. Десова» Г- С. Карапетяна, К Е Макаричева, Ы. Л. Моховой, Е А. Мощанского, Г. В. Уурашкина, О. П. Мчедяова-Петросяна, А. В. Саталкина, Б. А. Сенченко, И. И. Тем-нова, И. И. Улицкого, А. В. Яшина и др. Исследований раннего на-груявния бетона применительно к .монолитным,конструкциям гражданских зданий с учетом технологического аспекта их возведения в зимних условиях не проводилось. На основании проведенного анализа в работе была реализована следующая схема исследований (рис.).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ НАГРУШИЯ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИИ

МНОГОЭТАЖНЫХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИК;;

РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ИХ РАННЕГО НАГРУНЕНИЯ

Поскольку вертикальные нагрузки равномерно распределены по-высоте монолитны:-: стен (так как передается на них равными частями от каждого ыэадуэтаяного перекрытия), а эпюра моментов от ветровой нагрузки с некоторым приближением е запас прочности молет быть принята линейной,• суммарные нагрузки на вертикальные элементы ыоино также принять равномерно распределенными по их высоте. С учетом этого требуемую прочность монолитных стек на 1-й этаяа автором предлагается рассчитывать по 'формуле

4 «Ыуз (1)

где е/ - отношение максимальной нагрузки в стадии возведения (технологической) к эксплуатационной нагрузке; -коэффициент допустимой интенсивности нагружения (отношение величин*'

Общая схема исследований

- в -

усилия от нагрузки к разрушающему усилию), определяемый опытным путем; - номер 1-го этажа при счете сверху, начиная с последнего, возведенного в зимних условиях; //- общее количество этатей; £га- проектная прочность бетона.

Коэффициенты Ы и £ должны назначаться с некоторым запасом, тем большим, чем меньше расчетная прочность бетона, с целью обеспечения достаточной к аде мости работы конструкций. По мнению профессора П. Ф. Дроздова, неоходимость такого запаса при расчете монолитных конструкций в стадии возведения обосновывается рядом причин, а именно: повышенной (по сравнению со зрелым бетоном) статистической изменчивостью физико-механических свойств бетона в раннем возрасте, опасностью потери устойчивости стен вследствие снижения модуля упругости бетона, затрудненностью лабораторного анализа монолитного бетона и выбраковки дефектного бетона. Все эти факторы не могут быть полностью учтены коэффициентами запаса СНиП 2.03.01-84.

Анализ технологического режима нагрулиния монолитных перекрытий показал, что максимальная нагрузка в стадии возведения определяется принятой технологией работ и видом опалубки и может составлять от 20 до.70 % полезной эксплуатационной, причем уровень технологической нагрузки по отношению к эксплуатационной уменьшается с увеличением продета.

Исходя из проведенного анализа автором предложена следующая формула для определения требуемой к моменту погружения прочности бетона перекрытий (из расчета изгибаемых элементов по первой группе предельных состояний):

Ал = (2)

где - расчетное сопротивление и плошадь арматуры;

/£» 6 - полезная высота и ширина расчетного сечения; М^ - момент от технологической нагрузки, возникающий в расчетном сечении; / - коэффициент допустимой интенсивности нагружения, учитывающий, кроме того, требования по ограничению ширины раскрытия трещин и прогибов и определяемый расчетио-экспери-ментальным путем.

Значения требуемой прочности, вычисляемые по формулам (1) и (2), долзды превышзть величину критической прочности бетона при замерзании, а также величину минимальной прочности бетона из расчета на местное действие технологических нагрузок.

Снижение распалубочкой прочности монолитных конструкций

- 9 - ' ,

приводит к перераспределению усилий во всех элементах несущей .системы монолитного здания. Поэтому при расчете конструкций в стадии возведения должны учитываться параметры раннего нагру-. иения: прочность, модуль упругости и мера ползучести бетона с учетом замораживания и оттаивания, а также податливость швов бетонирования и монолитных перемычек!

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИИ ПРОЧНОСТИ и ДЕФЗРМАТИВНОСТИ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА ПРИ РАННЕМ НАГРУЖЕШИ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ОТТАИВАНИЯ

Работа бетона в монолитных стенах и перекрытиях моделировалась центрально и внецентренио сжатыми бетонными призмами и изгибаемыми железобетонными балками. Размеры бетонных призм и величина эксцентриситета подбирались из условия гибкости А >14 и ограничения минимального значения сжимающих напряжений ^Г > >1,0 МПа. Размеры образцов и условия их изоляции от высыхания ■ соответствовали немассивным (тонкостенным) конструкциям. Для иэлеэобетонных балок размером 8x16x140 см, нагруженных двумя сосредоточенными силами, соблюдались требования подобия материалов, характеристик сечения, коэффициента армирования. Опытные образцы замораживались в камере низких температур КНТ-1М (полезным объемом 16 м3) до температуры минус 15. ..30 ^ и загружались в пружинных установках.

Исследования ползучести бетона показали, что влияние отрицательных температур на деформации ползучести может быть учтено температурной функцией #(?)> уменьшающей величину стандартной меры ползучести: .

Л(т) = а ехр(6(г-го))г (3)

где а,в - опытные коэффициенты; Г- температура замораживания, °С.

Среднее значение температурной- функции найденное

опытным путем, равно 0,20 и 0,12 соответственно при температуре минус 15 и минус 30*С. '

Установлено, что кривые продольных деформаций ползучести при замораживании изменяют свою форму на более пологу» и могут быть аппроксимированы по формуле ,

Г) - К(7)С(С^)(Г - е (4)

где Ûf^'iJ - стандартная предельная мера ползучести бетона, аагруменкого в возрасте ¿,\ /$г, fr - коэффициенты ' при функции нарастания деформаций'ползучести во времени, • величина которых для условий отрицательных температур Т устанавливается по формулам:

Лг = О,№(7- 20)),

I'г е S (0,71 (5)

где А . ¿f ~ значения коэффициентов при испытаниях в нормальных условиях.

Предельная мера ползучести после оттаивания в среднем на 30 'Â меньше значений, полученных в нормальных условиях - при температуре (20 ¿2) "Си относительной влажности (60 ± 5) X. Зто происходит вследствие влияния начального замораживания на процессы деформирования, микротрещинообраэовакия и модификации структуры бетона под длительной нагрузкой. ,При снижении прочности бетона с 60... 80 до 20... 40 Z проектной предельная мера ползучести увеличивается в 1,5... 2 раза (при рабочем уровне напряжений 0,3... 0,75), что необходимо учитывать при расчете монолитных зданий в стадии возведения.

Рабочие образцы, загруженные уровнем нагрузки 0,3. ..0,75 от разрушающей при прочности бетона (0,2... 0,8) , на 90... 180 сутки показали прирост прочности по сравнению с не-нагруженными образцами нормального твердения в среднем на 28 и ; 22 % и модуля упругости - на 19 и 15 % соответственно для случая внецентренного и осевого сжатия. Эти данные подтверждаются результатами ультразвуковых исследований, показавшими увеличение плотности цементного камня.

Установлено, что параметрические точки микротрещинообра-аования, определенные ультразвуковыми исследованиями и измерением поперечных деформаций, подвижны и смещаются в сторону увеличения с ростом прочности бетона в момент нагружения. Это подтверждается анализом регрессионных уравнений, полученных при реализации плана эксперимента, в котором в качестве факторов варьировались прочность при нагруженик Re и интенсивность нагрузи 'ç , а откликом служила величина упрочнения д/Р после оттаивания и последующего твердения. Для одного из составов бетона:

А Л - Ща? + р +0,50#о2. С6)

На основании полученных уравнений были определены значе--ния коэффициента допустимой интенсивности нагружения А, используемые в Формуле (1).

Экспериментальные исследования раннего нагружения железобетонных Салок при 4>" (0,35...0,65)^ и р « 0,3. ..0,7 показали, что в условиях отрицательных температур рост деформаций ползучести Сетона сжатой зоны и прогибов прекращается уже на 5. ..7 сутки. Треданы возникают лизь при - 0,35/^. и ? = = 0,7. Это, очевидно, связано с явлениями морозного упрочнения Сетона, смерзания начальных микротресин и включения льда в процессы деформирования бетона, что приводит к увеличению прочности Сетона на растяжение. После оттаивания рост деформаций ползучести бетона сгкатой зоны и прогибов прекращается на 100. ..150 сутки. Ширина раскрытия трещин к этому моменту составляет 0.Об. ..0,35 мм, прогибы - 1/462... 1/219 продета. По сравнению с нормальными условиям! кирина раскрытия тревдн после начального замораживания и • последующего оттаивания уменьшается на 15. ..60 %, величина прогибов- на 16. ..24 %. Таким образом, при раннем нагружении жесткость и трешгастой-кость балок увеличивается.

Для балок с количеством арматуры, близким к предельной величине ( / -//), установлено существенное влияние раннего нагружения на несущую способность ( прирост по сравнению с незагруженными балками на 25...27 %). Б малоармированных балках прирост прочности оказался меньшим (до 7 Z), так как в этом случае упрочнение бетона сжатой зоны в виду ее малой относительной величины практически не влияет на несущую способность изгибаемых элементов.

По опытным данным прироста несущей способности и результатам расчета изгибаемых элементов по второй группе предельных состояний были найдены значения коэффициента допустимой интенсивности нагружения перекрытий /3, используемые в (формуле ( 2).

Как известно, температурные деформации и изменения структуры бетона при замерзаний зависят от »результирующего действия двух групп вгаимнопротивоположных сил - сил смерзания на границах раздела фаз и сил внутреннего давления образующегося льда, нарушающих внутреннюю связь компонентов бетона Для количественной оценки влияния этих процессов исследовались деформации и увеличение прочности и модуля упругости бетона, замороженного при достижении им прочности (0.2... 1.0),^ до. тем-

пзратуры минус 5... 25"С. По результатам исследований построены следующие регрессионные модели увеличения прочности а/? и' модуля упругости &£ при замораживании до температуры Т :

¿¡Я ~ !45,5£ - !$,571?с ~£В,?гТ(7) Л£ «■ П2гез - 9,7В -30,007 * Щ43&Г -+ 37,21 Г*,

По опытным и расчетным данным были построены кривые прироста прочности и модуля упругости бетона для вышеуказанных условий, которые удовлетворительно (с точностью до 15 %) аппроксимируются выражениями:

. а/?(т) * ¿т/л>в -цотзб,) ,

Оценка надежности и достоверности экспериментальных данных показала, что значения коэффициента вариации при измерении деформаций находились в допустимых пределах (4,8...9,4 %), при этом показатель точности составил 1,7...3.3 X, что говорит о достаточной надежности экспериментальных данных. Полученные данные о приросте прочности образцов такие обладают малой изменчивостью (V < 4,6 %) и надежны (р < 2,31). Построенные математические модели, оцененные по критерию аишера и отклонению расчетных величин от опытных, адекватно описывают экспериментальные зависимости.

РАСЧЕТ ШЮШГОГО ЗДАНИЯ В СТАДИИ ВОЗВЕДЕНИЯ И ОПЫТНОПРОИЗВОДИ1ВЕННАЯ ПРОВЕРКА ПАРАМЕТРОВ РАННЕГО НАГРУЖЕШЯ ШНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Расчет несущей системы 16-этажного монолитного здания с учетом параметров раннего.яагруления производился методом конечных элементов с использованием вычислительного комплекса '"ЛИРА". Рассматривались два случая расчета при максимально возможных темпах возведения: в зимних условиях и после оттаивания жетона. 'Для определения коэффициента оС в формуле (1) несукдя система рассчитывалась' на эксплуатационные нагрузки.

Прочность бетона стек на 1-м этаже принималась из расчета по формуле (1), прочность и модуль упругости замороженного бетона - по формулам (8). Дня условий отрицательных температур

- 13 -

Т(£) полные деформации бетона в момент времени £

где - коэффициент линейной температурной деформации бетона.

Проведенные экспериментальные исследования позволили определить значения упругой и пластической составляющих в формуле (9). На основании (9) учет ползучести бетона и влияния податливости горизонтальных швов бетонирования и перемычек производился введением временного модуля деформаций:

где ^-коэффициент уменьшения модуля деформаций с учетом фактической жесткости перемычек на каздом эта;«? до и посла образования трещин; коэффициент податливости горизонтальных пшов бетонирования; - высота этаж; г) - мера ползу-

чести замороженного бетона, определяемая по формулам (<1) и (5).

При расчете в стадии оттаивания вводились соответствующие характеристики бетона с учетом влияния начального замораживания.' ' ... •

Анализ результатов расчета показал, .что коэффициент в формуле (1) равен 0,72...0,80 (из соображений надежности коэффициент сС принят равным 0,9). При учете параметров раннего нагружения бетона наблюдалось снижение 'продольных усилий в столбах стен в результате перераспределения на 5... 20 7. и перерезывающих сил в перемычках на 10. ..25 % (за счет увеличения податливости перемычек). Прогибы при этом возрастали на 20 X в зимних услоеиях 51 в 2 раза после оттаивания. Максимальные сжимающие напряжения в простенках первого этажа не превысили 80 % от расчетной прочности бетона после оттаивания. Расчетами установлено, что изменения проектного армирования монолитных конструкций при ранне« нагружеяии не требуется.

Опытно-производствеиная проверка значений параметров раннего нагружния монолитных конструкций осуществлялась при воз-веления двух 1б~этаяяых' сборно-монолитных жилых домов в г. Челябинске. В натурных условиях1 испытывались на.максимальную нагрузку в стадии возьедения (до 0,8 от нормативного эяаче-

ния) конструкции плит перекрытий (ГШ-1 и ПП-2), защемленные по трем сторонам, и плот лодзкий (Ш1-1 и ПЛ-2), защемленные по дг.ум коротким' сторонам. Размеры конструкций - соответственно 4,10x4,43 и 4,10x1,20 м при толшдае 16 см и пролете в свету 4,1 м. Испытания проводились при температуре воздуха О... 2 "С, поэтому морозного упрочнения бетона не происходило.

Конструкции нагружались равномерно распределенной нагрузкой в три этапа .(таблица). Величина нагрузки на третьем этапе по создаваемым в плитах моментам была эквивалентна максимальной технологической, возникающей при бетонировании вышележащего этаха. С помощью высокоточного нивелира Н-0,5 с инварной рейкой и микроскопа ЫПБ-2 измерялись прогибы и ширина раскрытия трещин во время испытаний и после снятия нагрузки до установления постоянных значений в течении 50... 60 суток. Из данных таблицы видно, что кратковременные прогибы и ширина раскрытия трещи не превысили допустимых значений (соответственно < //150 = 31 мм и ¿Теге < 0,40 мм).

Таблица

Прогибы и ширина раскрдаия трещин в пролете конструкций по данным двух, испытаний -!-

Т

т

I

!Проч-| Армирование, |Нагруз-

г ,

см /и

1Кон- (ность! |стру- |бето-1 | гадая | на, |-1-:—

I I I 1 А, г I Л* #28 I ■ 1

I !(В15)| Вр-1| Ер-1

| ка на | эта- • -1 пах,

I г

Н/мм. А-Ш I »103

Прогиб,

мм

г

//

Ширина раскрытия трешин, мм

а,

ох

|Ш-1 ! 52 |1,31 [0,53

.1 ПП-2 | | |

I I I 1

|ШМ | 48 12,62.11,26

(ПЛ-2 ( | |

I I I I

1_1__I_1_

2,51

2,51 |

I

4,0 3,8 • 8,4 10,15 ¡0,25

5,4 6,2 - 10,20 1 -

6,1 7,4 - ¡0,25 1 '

4,0 4,2 9,8 |0,05 |0,20

5,4 6,3 - ¡0.13 1 -

6,1 7.9 - 10,18 1 "

Наблюдения за другими конструкциями -дополнительно исследовано 12 перекрытий,- загруженными реальными технологическими нагрузками, показали, что длительные прогибы плит перекрытии,

пролетом г, 85 и 4,1 м, распалубленных при достигнии бетоном, -прочности в среднем 40 и 50 % соответственно, не превысили 1/608 и 1/374 пролета, сирина раскрытия трещин составила -0,20 и 0,25 мм (при допустимых значениях ^ < 1/168 пролета и ат,1 <0.3 мм).

Таким образом, расчетные значения прочности бетона плит перекрытий при их раннем нагругении с учетом оттаивания удовлетворяли требованиям второй группы предельных состояний.

Для проверки установленных параметров раннего нагружен»« измерялись деформации, монолитных стен в процессе возведения и деформации бетонных призм размером 10x10x40 см при ступеича-то-возраставдем тгружнпи в условиях строительной площадки. Обнаружено, что в реальных условиях на деформации ползучести бетона значительно влияют климатические условия. В осенне-зимний период наблюдался замедленный рост деформаций ползучести (до значений 20x10*""), который интенсифицировался в весенне-летний период (60x10* при возведении 10-го этата). Величины деформаций ползучести бетона при ступенчато-возрастающем на-гружении в лабораторных условиях превысили аналогичные в условиях строительной площадки на 37,5 % и были на 9 % меньше значений, полученных при постоянной нагрузке.

Таким образом, принятый в лабораторных исследованиях постоянный уровень нагрукения образцов менее благоприятен, чем фактический ступенчато-возрастающий режим нагружения монолитных стен (по гипотезе А. К Саталкина - вследствие постепенного упрочнения наиболее слабых зерен цементного камня при ступенчатом нагружении). Поэтому расчетные деформативные характеристики бетона обеспечиваот некоторый запас по показателю предельных деформаций.

Раннее нагружение монолитных стен в реальных условиях привело к увеличению их прочности на 16... 23 I, что хорошо согласуется с результатами лабораторных исследований. Трещин в монолитных стенах при их раннем нагружен/и обнаружено не было. Максимальные отклонения опытных и расчетных величин напряжений сжатия а стенах на различных этапах возведения не превысили 15 X. Таким образом, производственная .проверка параметров раннего нагруяения показала удовлетворительную сходимость расчет-них и действительных значений параметров.

I

- 16 -

. ОСОБЕННОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЗДАНИЙ ПРИ РАННЕМ НАГРУЖЕШИ КОНСТРУКЦИЙ. РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ И ТЕХНИКО--ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

На основании полученных результатов разработаны основные принципы и последовательность расчета параметров и проектирования технологии раннего нагружения. Проектная документация должна предусматривать данные об условиях и темпах строительства, величине нагрузок в стадии возведения, на основе которых производится расчет параметров раннего нагружения конструкций. В проекте производства работ указываются сроки распалубки и нагружения возводимых конструкций, особенности зимнего бетонирования и контроля качества бетона. Выбор методов и режимов тепловой обработки осуществляется с учетом соотношений требуемой прочности монолитных стен и перекрытий и тежгов возведения здания в эимнмх условиях. Контроль прочности бетона при раннем нагруженш конструкций производится комплексным методом с последующей статистической обработкой по ГОСТ 18105-86.

С целью обеспечения расчетных значений параметров раннего нагрукеши к изучения технологических особенностей возведения монолитных зданий в зимних условиях проводились натурные исследования температурных и прочностных ролей в бетоне при камерном обогреве. Установлено, что раннее нагружение монолитных конструкций позволяет сократить продолжительность тепловой обработки , уменьшить температуру изотермического выдерживания и снизить -скорость подъема температуры и остывания без увеличения общей продолжительности термообработки. В результате этого уменьшается неравномерность температур на'всех стадиях тепловой обработки, ослабляются деструктивные процессы при тепло- и ызссопереносе в бетоне, снижаются температурные на-прякениа, что приводит к увеличению трещиноетойкости и улучшению качества бетона -

Внедрение научных результатов выполненного исследования проведено на объектах ыополиткого домостроения объединения "Челябметаллургетрой". Экономический эффект в размере 53,56 тыс. рублей (а ценах 1984 г.) получен за счет уменьшения дополнительных затрат на зимнее бетонирование (на 4...8 руб/м3) и сокращения сроков строительства на 13 X.

- 17 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что расчетные полокзнкя действующих корм проектирования бетонных и железобетонных конструкций недостаточно учитывают сложные закономерности физической нелинейности, индивидуальных особенностей бетона и условий работы конструкций. Это относится и к расчетам монолитных конструкций в стадии возведения с учетом раннего нагружения и низкотемпературных воздействий. Основными элементами несущей системы монолитных гражданских зданий являются конструкции с-теа и перекрытий. Нормативные сроки их распачубки и иагружения в стадии возведения сдерживает темпы строительства и приводят к большим дополнительным затратам на зимнее бетонирование. Значительно снизить затраты и сократить сроки строительства возможно за счет раннего нагрунения конструкций.

2. Предложены аналитические зависимости для определения прочности бетона монолитных стен и перекрытий в стадии возведения. Установлено, что при расчетах конструкций'в этих условиях необходимо учитывать изменение прочности, модуля упругости и меры ползучести бетона с учетом заиораюшания и последующего оттаивания, податливость швов бетонирования и монолитных перемычек. . .

3. Определено совместное влияние нагрузки, отрицательных температур и последующего оттаивания на прочность» и дефориа-тивные характеристики Сетона при осевом и. внецэктрешюм сжатии и изгибе. Установлено, что предельная, мера ползучести бетона при замораживании до минус 15"С снижается в среднем на 80, а до минус 30 "О - на 88 % по сравнению с нормальными условиями. Предложена экспоненциальная температурная функция для • учета этого явления в расчетах железобетонных конструкций. Изменение формы кривых ползучести при замораживании предложено учитывать корректировкой коэффициентов при функция наследственности в зависимости от температуры. Предельная мэда ползучести после оттаивания в среднем на 30 л, меньше значений, полученных, в нормальных условиях. Такое влияние начального замораживания на деформативность бетона, наряду с установленным увеличением ползучести бетона в раннем возрасте, предлагается учитывать при расчете железобетонных конструкций в стадии возведения.

4. Установлено,-что параметрические точки шкротре газообразования, определенные ультразвуковыми исследованиями и измерением поперечных деформаций, подвижны и сиеазотся в сторону

увеличении с ростом прочности бетона в момент нагрукения. Прирост прочности.и модуля упругости бетона при раннем нагружении может достигать соответственно 48 и 40 % (при средних значениях 19. ..28 и 15. ..22 %). Установленное упрочнение бетона при расчетах конструкций целесообразно относить к факторам запаса. Предложены математические модели упрочнения бетона при длительном действии сжимающей нагрузки и определены значения допустимой интенсивности нагрудания монолитных стен.

6. Экспериментальные исследования железобетонных балок в условиях раннего н-^гружения показали, что при отрицательной температуре развитие деформаций сжатий и растянутой зон, прогибов и трещин .замедляется в результате смерзания начальных мнкротрещик, включения льда в процессы .деформирования структуры бетона После оттаивания и последующего твердения бетона конечные значения ширины раскрытия греадан уменьшаются по сравнению с нормальными условиями на 15... 60 X, величина прогибов - на'16. ..24 % (т. е. жесткость и трещиностойкость балок увеличивается). Прирост прочности балок может достигать 25... 27 X. Расчетно-экспериментальным путем определены предельные .значения интенсивности погружения монолитных перекрытий.

6. На основании экспериментальных исследований предложены аппроксимирующие функции увеличения прочности и модуля упругости бетона при замораживании, анализ которых показал, что величина упрочнения оаьи^ит от температуры замораживания и начальной прочности бетона, увеличиваясь с уменьшением последних. Оценка надежности и достоверности статистической совокуп-. ноети экспериментальных данных показала, что коэффициент вариации находился в допустимых пределах (4,8.. .9,4 X). При этом

. показатель точности был меньше 5 7., что говорит о достаточной надежности экспериментальных данных.

7. На основе полученных результатов уточнена методика расчета монолитных зданий в стадии возведения. Расчетами на. ЭВМ установлено, что при раннем нагружении продольные усилия в стенах и поперечные силы в перемычках в результате перераспределения уменьшаются на 5... 25 X при соответствующем увеличении изгкбакщих моментов и прогибов. Главные сжимающие напряжения в стенах после оттаивания не превышают 80 X прочности бетона при максимально возможных темпах возведения. Расчетами установлено, что изменения проектного армирования монолитных конструкций не требуется.

8. Испытания четырех опытных конструкций, перекрытий и

раннее нагруяинне двенадцати других реальных плит перекрытий и - лоджий при опытно-производственной проверке значений параметров раннего нагрукеаия показали, что расчетные значения прочности бетона удовлетворяют требованиям второй группы предельных состояний с запасом 20. ..60 % и более. Фактические значения деформаций ползучести стен при ступенчатом нагруиении и величина их упрочнения под нагрузкой (16. ..23 7.) сопоставим» с данными лабораторных исследований. Максимальны? отклонения расчетных величин напряжений сжатия в стенах от опытных не превысили 15 X, что свидетельствует о применимости потаенной методики расчета монолитных зданий в стадии возведения,

9. Определены основные принципы и последовательность расчета параметров и проектирования технологии раннего нагру-яения. Экономический эффект в суше 53,56 тыс. рублей (в ценах 1984 года) получен при внедрении новой технологии на объектах объединения "Челябметаллургстрой" за счет уменьшения значений прочности бетона к моменту загружен:« и, тем самым, снижения себестоимости зимнего бетонирования на 4...8 руб/мэ и сокращения сроков строительства на 13 Z.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ-

1. А. с. N 167Б499 СССР. МКИ Е 02 D 15/02. Способ возведения шнолитных бетонных и иелезобетонных стен гражданских зданий в зимних условиях / А. X Байбурин, ЕЕШусоз, С. Г. Головнев и др.

2. Байбурин А. X , Юиусов Е Е , Головнев С. Г. Раннее на-груяание монолитных конструкций гражданских зданий / Йнф. листок ПКТИ ТСО "Шуралстрой". - Челябинск, 1991. - 2 с.

3. Технологический регламент на зимнее бетонирование с ускоренным нагружением монолитных-конструкций жилых зданий / ГАКО "Челябметаллургстрой". - Челябинск, 1992. - 59 с.

4. йнусов H. Е., БайОурин А. X Некоторые вопросы ускорения возведения монолитных конструкций гражданских зданий в зимнее время // Интенсификация бетонных работ в строительном производстве: Тез. докл. науч. -техн. семин. - Челябинск, 1989. - С. 30-31.

5. Шусов Е Е , Байбурин- А. X Технология прогрева и выдерживания бетона при возведении монолитных жилых зданий / йнф. листок ШТИ ТСО "Кйуралстрой". - Челябинск, 1989. - 2 .с.