автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Сетчато-стержневое армирование изгибаемых железобетонных элементов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ПОЛТАВСКИЙ ИИЖЕНКРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

;: . од

I ■ I; I ';

На правах рукописи УДО ХОГАН ЛКПАН ^^ ^

УДК 624.042.12

СЕТЧАТО-СТЕРЖНЕВОЕ АРМИРОВАНИЕ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность: 05.23.01 - "строительш ; конструкции,

здания и сооружения"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Полтава - 1994

Работа выполнена в Харьковском институте инженеров городского хозяйства.

Научный руководитель: -

кандидат технических наук,

доцент

Е.Г.Стоянов;

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Л.И.Сторожещсо;

кавдидат технических наук,

доцент

Я.Г.Жиллков.

Ведущая организация: - Харьковский ПромстройНИИпроект

Защита состоится " IМ" У>оьсал-.у 1994 г. в " 1 ^ часов на заседании специализированного Совета К 068.46.01 по специальности "строительные конструкции, здания и сооружения" Полтавского инженерно-строительного института по адресу: г.Полгава, проспект Первомайский, 24 ауд. йЗ^.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " _1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат тоашческих наук, доцент

ВАБондарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕР! 1СТИКЛ РАБОТЫ.

Работа посвящена вопросу повышения трещиностойкости тгноаемых железобетонных конструкций путем применения сетчато-стержневого армирования, где наряду с продольной ненапрягаемоп арматурой л растянутой зоне устанавливается штампованная безотходная просечно-вытяжная сетка, которая вместе с мслгочакмшшся в совместную с ней работу слоем растянутого оетона препятствует образованию л раскрытию треиши при изгибе .

Актуальность ряботы. Перспективы строительства в настоящее время связаны с созданием новых материалов ц конструктивных типов сооружений, с решением проблемы снижения веса конструкции, с уменьшением расхода материалов, с совершенствованием и уточнением существующих методов расчета.

Непрерывное увеличение и расширение использования бетона и железобетона выдвинуло перед учеными, исследователями и соискателями ряд новых задач, связанных с целым рядом особенностей этих материалов, таких как, например, ползучесть, усадка, изменение во времени основных фи зико-механических свойств бетона и др.

Особое внимание заслуживает вопрос треищностойкостн железобетонных конструкций. Наибольший эффект тре ишностой кости дает применение предварительного напряжения, однако трудоемкость и энергоемкость (что в настоящее время является очень актуальным) изготовления предварительно напряженных конструкций сутцествещю удорожает строительство, а в некоторых регионах (в странах Африки, Азии, Латинской Америки) предварительно напряженный железобетон вообще не имеет широкого прнменешш. Поэтому наряду с применением предварительного напряжения ведутся разработки по созданию новых типов конструкций повышенной трещыностоикосш без предварительного напряжения. К таким направлениям и относится предлагаемое исследование с разработкой методик расчета прочности и трещиностойкости многокомпонентной железобетонной конструкции.

Цс.т*» работы. Создание, исследование напряженного состояния и разработка рекомендаций по проектированию железобетонных изгибаемых элементов повышенной трещиностойкости с комбинированным армированием стержневой ненапрягаемой арматурой и стальной сеткой в защитном слое.

- экспериментально - теоретическое исследование работы изгибаемых элементов с комбинированным сетчато-стержневым армированием в стадиях I и 1а;

построение методики определешш момента трещинообразования для комбинированно - армированного изгибаемого элемент;

. - анализ эффективности применения комбинированного армирования в сравнении с ооычными и предварителмю-напряженными конструкциями;

- анализ работы изгибаемого элемента с комбинированным армированием в стадии после образования трещин вплоть до разрушения.

Научная новизна состоит в следующем:

1. выполнены экспериментальные исследования по определению характеристик нового комплексного материала "сетка+бетон":

- эффективной толщины слоя бетона, включающегося в совместную работу на растяжение вместе с сеткой;

- модулей деформаций комлексного материала при различных коэффициентах армирования слоя "сетка+бетон";

- величины предельной прочности на растяжение комплексного материала при различных коэффициентах армирования слоя;

2. Разработана методика расчета трещиностойкосш изгибаемых элементов с комбинированным' сетчато-стержневым армированием.

3. Выработаны рекомендации по практическому применению комбинированного армирования.

На защиту выносятся;

- предложения по созданию нового типа армирования изгибаемых железобетонных элементов, позволяющего получить конструкция повышенной трещиностойкосш;

- разработанные экспериментальным путем рекомендации по практическому применению комбинированного сетчато-стержневого армирования;

- методика определения напряженного состояния изгибаемого элемента в различных стадиях его работы;

- методика практического . расчета трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных элементов.

Практическое значение работы состоит в том, что предлагаемое решение открывает возможность в значительной степени снизить стоимость изготовления железобетонных изгибаемых конструкций повышенной трещиностойкости за счет экономии тепло- и энергоресурсов. '

Результаты исследования внедрены в ЗЖБИ треста "Харьковметрострой", где в порядке эксперимента изготовлены шпалы без предварительно-напряженной арматуры с использованием просечно-вытяжной сетки вместе со стержневой арматурой, в экспериментальных ригелях промышленных зданий, изготовленных

на иКЬП треста "Харъковжелезобетон", в арендном предприятии "Жилстрой-2" (г. Харьков) при строительстве, учебного комбината предприятия в железобетонных перемычках. .

Аиробация работы. Основные результаты работы обсуждались на республиканской конференции "Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные виды деформации, и их-внедрение в строительную практику" (г. Полтава, .1989 г.) и г.сеоою ¡ной конференции " Новые технологии возведения зданий, расчет строительных конструкций" (г.Белгород, 1991 г.), межвузовских научно-технических конференциях в городе Харькове (19.49-1992 г.г.).

Пх&тк&вш Основное, содержание работы отражено в 6-ти печа тных трудах.

Обьем работы. Диссертация состоит из 5-ти глав, выводов, списка использованной литературы из 151 наименования и приложений. В работе 168 страниц, в том числе: 128 страниц основного текста, 40 - рисунков, 51 - таблица.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во__вяецениу обоснована актуальность темы диссертации,

сформулирована научная новизна исследования, приведены результаты, которые выносятся на защиту и имеют практическое значение.

В первой главе . рассматривается состояние вопроса по применению нетрадиционных видов железобетона: сталебетонных, стадежелезобетонных конструкций, конструкций с дисперсным армированием. При этом термин "внешнее армирование" является достаточно общим, объединяющим различные направления таких типов конструкций,' как комбинированные сталежелезобетонные, брусковые, трубобетонные, трубожелезобетонные и др. Применение таких конструкций связано либо' с целью уменьшения массы конструкции, ее размеров, или для уменьшения трудоемкости и стоимости строительства (при использовании внешней арматуры как опалубки). Специалиста некоторых стран (Франция, Германия) считают, что применение листовой стали является также и эффективным средством увеличения жесткости.

Главный же эффект внешнего армирования - повышение трещиностойкосш. В литературе достаточно освещены результаты исследований работы конструкции с внешним армированием, сталебетонных конструкций, конструкций с дисперсной арматурой (работы Ф.Е. Клименко, Р.С.Санжаровского, Л .И.Стороженко,

АЛ.Шагина, ИЛ-Подольского и др.)

■ ?

Методика расчета сталебетонных конструкций аналогичю методике расчета обычных железобетонных конструкций. П< результатам исследований работы сталежелезобетонных конструкций определяет эффект .повышения трещпносгойкости по сравнению < обычными железобетонными элементами в 1.5 раза.

Ширина раскрытия трещины в сталебетонных элемента? примерно в 2 раза меньше, чем в железобетонных базисах-близнецах, При этом ширина раскрытия трещин вблизи полосовой арматуры на 10-15% меньше, чем на некотором удалении (на 30 мм) от кромки листа, что является следствием повышенной растяжимости бетона в зоне влияния полосовой арматуры. •

АЛ. Шатан доказал возможность увеличения трещиностойкосга железобетонных конструкций за счет применения арматуры повышенной прочности без предварительного напряжения в комплексе с дополнительной внешней арматурой в виде стеклопластиковой полосы или обоймы, которая наносится на растянутую грань элемента.

Значительного эффекта повышения трещиностойкосга можно достичь применением фабробетона.Так, ширина раскрытия трещин при нагрузках около 0.7 Рр«в. составляет около 0.01 мм. Трещины располагаются по длине элемента регулярно, примерно с шагом 2-3 см. В дальнейшем при разрушении трещины не превышают ширины • раскрытая 0.2 мм.

Описанные приемы повышения трещиностойкостн однако, имеют ряд недостатков. Так, например, возникают трудности обеспечения совместной работы внешнего стального листа с бетоном в сталебетонных атементах. Применение стекдопластиковых обойм, в основном, используется при реконструкции и характеризуется повышенной трудоемкостью. Недостатком фибробетонных конструкций является то, что при их изготовлении необходимо отдельно готовить два вида бетонной смеси - обычную и дисперсно армированную.

Применение просечно-вытяжного листа было предложено В.С.Шмуклером, Э.Д.Чихладзе, М.П.Межиборским для создания специфической металло-бетонной оболочки, повышающей прочность, надежность и огнестойкость конструкций.

В настоящей работе предлагается применить просечно-вытяжной лист в виде сетки с ромбическими ячейками в растянутой зоне изгибаемого элемента. Предлагаемый вариант железобетонного изгибаемого элемента с сетчато-сгержневым армированием является наиболее эффективным с точки зрения технологичности и стоимости.

При применении нетрадиционных типов 'железобетонных конструкций возникают вопросы правомочности применения вес.» тех гипотез, допущений и теорий, которые приняты для обычны V железобетонных конструкций.

Рассматриваются класнческие и современные подходы к вопросу, о напряженном состоянии железобетонных изгибаемых элементов (работы А-Р.Лолейта, МЛ.Штаермана, АА.Гвоздева, А.С.Залесова). Известно, что бетон обладает явно выраженными неупругимй свойствами. При этом диаграмма о — е не имеет стабильного, характера, что не позволяет принимать для расчета какую-либо определенную диаграмму сг — £ ' для бетона и по ней находить эпюру напряжений в сжатой зоне.

По Н.И.Карпенко и Т.А.МухамеДиеву реальная криволинейная эпюра напряжений высотой Хг может быть заменена эквивалентной по площади прямоугольной эпюрой высотой X так, чтобы

напряжения в заменяющей эпюре совпадали с напряжением СУьи, вычисленным в центре тяжести реальной эпюры. .

На основании анализа современных подходов к вопросу о напряженно-деформированном состоянии изгибаемого элемента определяется необходимость построения математической модели, отражающей истинную работу бетона' сжатой и растянутой зоны, арматуры и слоя "сетка+бетон". Для предлагаемого типа армирования отсутствует достаточное количество исследований, что и определяет цель работы и позволяет сформулировать задачи диссертации.

Во второй главе рассматривается сущность предлагаемого комбинированного армировашы и определяются прочностные и деформативные характеристики такого специфического материала, как "сетка+бетон".

Безотходная просечно-вытяжная сетка помещается в защитном слое бетона изгибаемого элемента. Эта сетка имеет значительное преимущество перед другими компонентами, используемыми при комплексном армировании. Во-первых, сетка имеет хорошее сцепление с бетоном, во-вторых, бетон в ячейках сетки в защитном слое образует "клинья", хорошо сопротивляющиеся при всех видах напряженного состояния. Как показали и последующие эксперименты, растяжение нижних фибр железобетонных балрк при изгибе сопровождается работой бетона на сжатие ОЪс в ячейках -"клиньях" и на срез Т при вытягивании ромбов сетки.

В-третьих, сетка находится в слое бетона, тем самым она защищается от внешних воздействий (коррозии и др.). Кроме того, слой "сетка + бетон" надежно защищает рабочую продольную арматуру от этих воздействий.

ГЖ- ГОН

где I - толщина стального листа, из которого изготовлена сетка.

Рис. 1.

В-четвертых, для изготовления железобетонных элементов не требуется отдельного технолог!гческого процесса как, например, для изготовления фибробетонной смеси с дисперсной арматурой.

Применение просечно-вытяжной сетки повышает также прочность и надежность конструкции за счет создагагя наружной металлической оболочки в виде ромбической решетки.

Для предлагаемой конструкции с сетчато-стержневым армированием толщина с1 слоя комплексного материала "сетка + бетон" является величиной весьма условной, хотя и принимаемой в небольших пределах (10...30 мм), определяемых толщиной защитного слоя бетона.

Очевидно, что силовые и деформационные характеристики этого

слоя (расчетные сопротивления , модуль деформации Ее, предельное относительное удлинение ^мщц) будут зависеть от принимаемой' в расчете условной толщины <1, от геометрических и физических характеристик применяемой сетки, от применяемого класса бетона.

Поэтому перед решением задачи трещиносгойкости или прочности изгибаемого элемента предварительно необходимо определить вышеуказанные характеристики слоя "сетка + бетон".

Эти характеристики определяются экспериментальным путем. Таким образом, на первом этапе экспериментальных исследований ставится цель определения таких прочностных и деформативных характеристик комплексного материала, как предел трещиносгойкости материала "сетка+бетон", предел прочности материала при полном разрушении, модуль деформации, предельная растяжимость материала при образовании трещин и при полном разрушении. Здесь же исследуется влияние коэффициентов армирования слоя "сетка+бетон" на величины искомых

характеристик и определяется оптимальный вариант армирования слоя "сетка+бетон".

Испытания показали специфический характер разрушения образцов - "восьмерок" при расгяженг'Ч, который приведен на рис. 2.

> 4 4 > %

4 ' ч^У

Рис. 2.

' Так. в начальной стадии разрушения появляются волосяные поперечные трещины по всей длине образца, затем при увеличении нагрузки в наиболее, слабом месте трещина развивается, и вскоре обнаруживаются продольные трещины на большей части длины образца. При дальнейшем увеличении нагрузки происходит откалывание бетона от сетки с одной или с другой стороны наступает полное разрушение. Это свидетельствует о том, чги разрушение происходит не только от влияния растягивающих напряжений в бетоне, но и от деформации сетки в поперечном направлении (укорочение короткой диагонали ромбов сетки). Деформации сетки в поперечном направлении вызывают срез оетона по границе сетка - бетон.

В отличие от бетонного образца, работающего на'растяжение, где критерием прочности является достижение напряжешхй трещинообразования сты = Rbt , очевидно для слоя "сетка+бетон" следует ввести два понятия:

- напряжение трещинообразования (Rere),

- предел прочности на растяжение (Rt).

В результате обработки результатов экспериментальных исследовании по определению характеристик слоя "сетка+бетон" определнены средш1е параметры, необходимые для последующих расчетов.

Табл. L

Класс бетона Тольцина СЛОЯ "сетка+петок Козфнц. армироа. W Модуль деформации Напряженке Предельная растяжимость

Для Сетона ЕЬ, МПа 23762 Для слоя "ccnca+ бетон" Ее, МПа 36000 В бетоне Rbt, МПа 1.20 В слое "сегка+бетон" В бетоне £тm ■ltr В слое "сетка f бетон" чи«-"*

Rere, МПа 2.40 Ш.МПа

BIS 10 0. 026 5.30 0.94 0.75 |

20 0 оГ 30000 1.80 2.70 1.1 !

30 0. 0088 24000 J.40 1.90 0.95

В20 10 0. 026 26470 39000 1.35 2.50 6.00 1.95 0.95 ¡ |

20 0.013 32000 2.10 3,1 1.4

30 0. 0088 27500 1.60 2.4 0.97

На прочностные и деформационные характеристики существенно влияет коэффициент армирования расчетного слоя

"сетка + бетон". На рис. 3...6 построены графики влияния коэффициент насыщения расчетного слоя сеткой (толщины слоя) на изменение модулей деформации, предельной растяжимости слоя до образования трещин, напряжений трещинообразования и предела прочности на растяжение.

МП* 5

4

Я 2 1

I * 3 ц %

Рис.Л. Влияние коэффициента армирования слоя "сетка+бетон" па величину модуля деформации.

в 4 3 2 1

I 2 3 Ц «з

Гнс.4. Влияние коэффициента армирования слоя "сетка+ бетон" та величину напряжетшД трещинс-образсзания.'

Е».Е»С 1»*

В20

В15

О ПС

ИЗ и ' Г1е

Рис.5. Влияние коэффициента армирования слоя "сетка + бетон" на предел прочности при растяжении.

£о1яИО

В20

В15

2.0

1.5

1.6 0.5

Рис.б. Влияние коэффициента армирования слоя "сетка+бетон" на предельную растяжимость.

В результате анализа можно сделать следующие выводы:

1. Напряжения трещинообразования Яио в слое "сетка Vбетон" становятся выше предела прочности на растяжение в чистом бетоне Лм при коэффициентах армирования ц = 0,008—0,02 в среднем на 80%. При дальнейшем увеличении коэффициента армирования эффект от применения сетки в слое "сетка+бетон" затухает.

2. Исходя из принятого ранее критерия прочности материала "сетка+бетон" на растяжение следует отметить, что прочность (Ш)

возрастает по сравнению с величиной Rbt в чистом бетоне практически по линейному закону в зависимости от коэффициента армировагаш fi слоя "сетка+бетон".

3. Модуль деформации в слое "сетка+ бетон" наиболее интенсивно возрастает также при коэффициентах армировшшя |1=0,01...0,02. Повышение модуля деформации составляет около 40%.

4. Изменение предельной растяжимости моя . "сетка+бетон" носит нерегулярный характер и отличается от растяжимости "чистого" бетона максимально на 30% (при 0,015).

Этот фактор имеет существенное значение, так как позволяет с полным правом говорить о совместности деформаций бетона растянутой зоны и слоя "сетка+бетон".

Таким образом, рекомендуемой толщиной слоя "сетка+бетон" будет толщина, при которой коэффициент армирования составляет около 1,5%. Так, при использовании сетки, изготовленной из листа толщиной 1 мм, оптимальная толщина слоя "сетка+бетон" составляет 23...25 мм.

В___третьей глазе предлагается методика опечки

тргтпностойкостн и напряженного состояния изгибаемого элемента сегчато-стержневой аоматурой.

Предлагаемая методика определения напряженного состояния базируется на следующих исходных предпосылках и допущениях:

1) Сечения члеиента сохраняются плоскими, что подтверждено испытаниями балок обычных, предварительно напряженных и с внешним армированием для различных типов поперечных сечений.

2) Исчерпание несущей способности элементов происходит в сечениях с трещиной. При этом вклад растянутого бетона как над "трещиной, гак и между трещинами не учитывается. Считается, .что растягивающее усилие воспринимается растянутой стальной арматурой и слоем "сетка+бетон".

3) Граница между слоем "сетка+бетон" и растянутым бетоном является условной, толщина слоя "сетка+бетон" пригашается исходя из рекомендаций гл.2, слой "сетка+бетон" и растянутый бетон работают совместно, соблюдается условие совместности деформаций слоя и бетона.

4). Эпюра напряжений в сжатой зоне имеет нелинейный характер.

5) Напряжения в пределах толщины слоя "сетка+бетон" принимаются постоянными ввиду малости толщины этого слоя.

Дта описания напряженного состояния предлагается математическая модель, базирующаяся на исследовании уточненных диаграмм работы компонентов рассматриваемого изгибаемою элемента: сжатого и растянутого бетона, стальной арматуры и компонента "сетка+бетон".

Для аппроксимации принятых диаграмм рассмотрены уравнения вида;

2 = (1)

i-i

где i = 1,2,3,.................,8;

j = 1,2,3..................,6;

n = 8;

сц - отношение напряжения в данной точке к нризменной прочности.

Для решения такой системы уравнения приводятся к виду

Y - АХ ; (2)

" где А - детерминант неизвестных значений деформации в системе уравнений данного класса;

X - вектор модуля деформации Еь и коэффициентов Е для сжатого и растянутого бетона;

Y - вектор нормальных напряжений сжатого и растянутого

бетона.

Аналогичный вид имеют и уравнения для арматуры и слоя "сетка+бетон" .

В результате определяется модуль деформации в любой конкретной точке на диаграммах.

Для составления уравнений равновесия, которые в общем виде рассматриваются как

2^ = 0, (3)

= 0 (4)

используются результаты решения системы (2), учитывая, что

E¡£¡ f (5)

2 , (б)

I* 1

у

Í=1

*c(e) = Í , (8)

ы '

где n = 8S v = 9, vv = 5.

При уточненных эпюрах напряжений в сечениях изгибаемого элемента (рис. 7.)

Рис. 7

уравнение равновесия =0 запишется в виде:

о

где А» = Ь&

(9)

Подставляя уравнения (5), (б), (7) и (8) в уравнение (9), получим

Исходя из гипотезы плоских сечений

<■ = 4 .

.Р

Дтя удобства решения задачи вводим коэффициенты Е.

(И).

>

а^Ь,

ал = ~ть , Р

. (12)

Тогда уравне1ше (10) примет вид:

.-■«¿к

+ <13)

(=1 р 1=1 р

где А, = Аа = !ЛсЫц,

Ей, Еь модули деформации и коэффициенты для сжатого и растянутого бетона,

Ея, Ее - модули деформации и коэффициенты для арматуры и слоя "сетка+бетон" соответственно, Ь - ширина сечения,

(Л - коэффициент армирования продольной рабочей

арматурой, ,

Ц» -

■ Ьа - рабочая высота сечения, р - кривизна,

у - расстояние от центра тяжести до крайнего волокна. Выполнив интегрирование для учета работы бетона в растянутой зоне, окончательно получим уравнение вида:

(-11 +1 м ' +1 1-1

ии £ (и V (14)

1=1

Второе уравнение равновесия ^Гм = 0 запишется в виде:

к-х-Л

\<ть(е)Ьуау- | сгм(е)Ьус!у^ <тД(/{, -х) + сгД

(15)

о о

Выполнив интегрирование, окончательно получим

хи2 Ыг {и-х-а)1*1 к> •!

£ а' 2 ай-ТТЪ-+ аЛК - х)" +

I + * ¡-1

ы

где М - действующий момент.

Согласно «сходных предпосылок, на .стадии разрушения, .в момент исчерпания несущей способности бетон в растянутой зоне не работает, а все растягивающие усилия' воспринимаются стальной арматурой и слоем "сетка+бетон".

При этом уравнения равновесия приобретают вид:

лг, гм Л'3 лг4

1) • <17)

' т + 1 . 1=1

•V, ^.Ы .V, , ' я, _ .

или 2 ~—Г + ~ х) + ~ х ~ = 0'- .

ы1 1 +' 'м '

2) + лад Ф-х-Л)*1 -М= 0. (18)

ы ы ы

По приведенной ' методике были произведены расчеты на компьютере РС 1ВМ АТ-286. В результате получены действительнее значения коэффициентов Еы, Ей, Е»1, Ее! при различных- уровнях напряженного состояния при сжатия и растяжсшш.

Значения этих коэффициентов, как исходные данные, народу с массами арматуры и бетона, коэффициентами армирования ц слоя "сетка-ьбетон", действующей нагрузкой, закладываются в программу расчета, по которой определяются все интересующие нас параметры

Та величина изгибающего момента, при которой напряжения в слое ■ "сетка+бетон" достигают значения напряжений трещинообразования («х. = и будет являться моментом

образования трещин М ^.

Величина изгибающего момента, при которой напряжения в арматуре достигают своего предела прочности (05=11«) или при которой напряжения в сжатом бетоне достигают предела прочности на сжатие (сть=Яь), будет являться разрушаю щи м моментом М.

В практическом расчете при напряжениях в бетоне сжатой зоны, не превышающих 0,7Иы, эпюру напряжений в сжатом бетоне рекомендуется принимать треугольной.

Еслй принять, что при изгибе прочность бетона' на растяжение

К™ выше ~ в 1,7 раза, чем прочность при чистом растяжении Ям, то тем правомочнее будет принять эпюру сжатого бетона.

треугольной, так как условие <Ть<0,7Практически всегда будет выполняться при отсутствии предварительного напряжения.

При этом остаются в силе следующие допущения:

1) сечение сохраняется плоским;

2) эпюра нормальных напряжений в бетоне растянутой, зоны принимается прямоугольной;

3) толщина слоя "сеиса+бетон" условно принимается равной нулю (по аналогии с диаметром арматуры), а усилие Ne принимается приложенным в центре тяжести этого слоя;

4) нормальные напряжения в слое "сЬтка+бетон" по его толщине распределяются равномерно.

При этом величина Мае может быть записана в виде

ML = Rl

. , Jh-d x -ф-.bih- d - x)

Лere

X

+ 2a,4,|*o-f I +bd

(

\

x

3~

2

+ 6I +

(19)

В практическом расчете можно принять рекомендованную в литературе величину Х=Ь/2; тогда момент образования трещин запишется в виде

М

= R

at

п ш КЫ

RI

12

+ 2 a, A A h

б J 1,6 2

Как показывают результаты экспериментов, трещины в бетоне растянутой зоны возникают лишь непосредственно перед разрушением изгибаемого элемента. Практически при изгибе элемента с комбинированным армированием стадии II и III напряженного состояния совпадают.

В практическом расчете прочности высоту сжатой зоны при изгибе рекомендуется принимать равной 0,3ho.

При этом величина изгибающего момента, соответствуюшдя исчерпанию несущей способности, будет равна:

и = 0.045 Rbblr + R,At (й0 - 0.3h) + Rtbd (0. Ih - 0.5d), (21)

приводятся результаты экспериментальных исследований работы изгибаемых элементов.

Целью исследований было экспериментальное определение параметров трещиностойкости (момента образования трещин, ширины раскрытия трещин) и предела прочности изгибаемых элементов с сетчато-стержневой арматурой и сравнение их с характеристиками, полученными теоретически.

При проведении экспериментальных исследований ставились следующие задачи:

1) выявление характера изменения напряженно-деформированного состояния при нагружении;

2) определение характера образования и развития трещин от момента их появления до разрушения балки с комбинированным армированием;

3) определение характера изгиба балок под нагрузкой и оценка их жесткости;

4) сравнение результатов, полученных для комбшшровагаго-армнрованных балок с результатами, полученными экспериментально для обычных железобетонных балок-близнецов;

5) оценка достоверности предлагаемой методики расчета изгибаемых элементов с комбинировашгым армированием.

Анализ результатов испытания обычных железобетонных балок с балками, армированными сетками в зоне чистого изгиба, показал, что все балки, имеющие комбинированное армирование, являются более трещиностойкими.

Первые трещины появляются в зоне наибольших изгибающих моментов (зоне чистого изгиба) при нагрузках, соответствующих примерно половине разрушающих. При дальнейшем увеличении внешней нагрузки появившиеся трещины практически не развиваются, а появляются новые трещины.

В бетоне растянутой зоны над арматурой трещины появляются значительно позже, практически при нагрузках, соответствующих ~(0,8...0,9) Р{вэр. Тогда напряжения в растянутом бетоне достигает

величины t после чего Ьетон течет .

Полное разрушение всех балок, армированных продольной арматурой и сеткой, произошло не в зоне чистого изгиба (зоне максимальных изгибающих моментов), а по трещинам, проходящим от точки приложения сосредоточенной силы до места обрыва сет* и.

К I 50-400. 100 х 4—400 К * SO - -WO

■Ц,_й£

Ч

\

1IS

140

"УГ-Ц-

\08AI1I В

! 4Г!?1

ift

85

Рис. 8. Схема комбинированного армирования бачок.

Ширина раскрытая трещин в зоне, армированной сеткой. ¡'. момент разрушения не превысила величины 0Д5...0,2 мм.

19

Сравнение трещиностойкосш и прочности бачок с комбинированным и обычным армированием показало, что момент образования трещин в балках с сетчато-стержневой арматурой превышает момент образования трещин обычных балок в среднем fia 45...50%.

При нагрузках, соответствующих началу процесса образования трещин ( -0,5 Рри? ) высота сжатой зоны составляет около половины высоты сечения балок, что подтверждает исходные предпосылка п возможность определять по формуле (20).

При уровне нагрузки ~ 0,8 Ррщ. высота сжатой зоны составляет ~ (0,35...0,4)h.

Предельная растяжимость бетона раояттоп зоны в обычно армированных балках составляет 3- 1Сг" ...5- KrJ, а в слое "сетка+бетон" в балках с сетчато-стержневой арматурой

6-ioJ...7.10л '

В балках с сетчато-стержневой арматурой рост прогибов носит квазилинейный характер вплоть до момента разрушения. В балках, имеющих только продольную арматуру, • график прогибов носит нелинейный характер, и величина прогиба в момент разрушения превышает прогиб для балки с сеткой в 5-6 раз.

Сравнение результатов теоретических расчетов

трещиностойкости и прочности с результатами экспериментов приведено в таблице 2.

Таблица 2.

№ п/п Класс бетона Армирование Толпор' tt» d, им Величина Мсге кНм Величина Мразр. KHW Ширина раскрытия трещин

эхепер. теорег. по (20) экспер. M теорег. ПО (21) эхепер. (среди.) теорег. во СНиП

1 •2 3 В15 108 АШВ. 1.12 1.05 1.13 0.94 , 2.94 2.99 3.0 2.86 0.07 0.068 0.11 0.11

1с 2с Зс В15 ' 108 АП1В+' сетка 10 20 30 1.35 1.38 1.35 ' 1.26 3.1 -3.35 3.33 3.33 0.04

ПН. B1Î Аш->08 АШВ ' - 1.36 - - - -

4 • 5 6 В20 108 АШВ • . 1.23 1.26 1.35 1.06 3.15 3.19 3.20 2.97 0.11 0.08 0.0S5 0.11

4с Se 6с В20 108 АШВ+ сетка 10 20 30 1.56 1.49 1.51 1.44 3.45 3.73 3.72 3.76 0.038 -

пл.. В20 Аш->08 АШВ - 1.48 . -

Из тао.ишы видно, . что величины моментов трещинооЬразования и разрушающих моментов, определенные экспериментально н но предлагаемой методике, практически совпадают. Разница не превышае т R'o.

,Цля сравнен(ш в таблице приведены величины Мс,с и Л/^р Для балок-близнецов без сеток с предварительно напряженной продольной apMaiypoii того же класса Л1Нв.

В пятой главе рассматривается внедрение результатов настоящей работы п строительство и определяется экономический эффект.

В предлагаемом варианте, очевидно, речь может идти о создании конструкции II категории треишпостоикости (реже - I категории) с повышенной сопротивляемостью трещинообразованию по сравнению с обычными ненапрягаемыми конструкциями.

Рекомендован оггпшальш.ш коэффициент армировашш слоя "сетка t бетон", который является величиной ~ 0,015 (1,5%).

Также рассматривается экономическая эффективность применения сетчато-стержневого армировашш.

Сравнение производится для равнопрочных балок-близнецов: - с обычной арматурой класса А-Ш;

- предварительно-напряженных с рабочей арматурой класса А-Шв;

- с комбинированным сетчато-стержневым армированием (арматура ненапряженная, класса АШв).

Экономический эффект от применения сетчато-армированных изгибаемых железобетонных элементов составляет 20% на одно изделие по сравнению с преднапряженными изгибаемыми железобетонными элементами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1) В работе предложен новый тип армирования железобетонного изгибаемого элемента повышенной трещиностойкости без предварительного напряжения.

2) Получены экспериментальные данные для комплексного материала "бетон+сетка" и разработаны практические рекомендации по изготовлению трещиностойких балок.

3) Определена возможность использования арматуры повышенной прочности в обычном железобетонном изгибаемом элементе.

4) Предложена математическая модель напряженного состояния многокомпонентного изгибаемого элемента, основанная на уточненных диаграммах работы материалов, позволяющая определить для любого уровня нагрузки истинные величины кривизны, высоты сжатой зоны, модуля деформации и напряжения в каждой точке.

5) Предложена прикладная инженерная методика практического расчета прочности и трешшостойкосга изгибаемых элементов прямоугольного сечения с сетчато-стержневой арматурой.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Стоянов Е.Г., Удо Х.А. К уточнению расчета изгибаемых железобетонных элементов // Тез. докЛ. республиканской научно-техн. конференции "Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные виды деформации ч . их внедрение в строительную практику"/ Полтавский ИСИ. - Полтава, 1989. - Ч.1.- С.170-171.

2. Стоянов Е.Г., Удо Х.А. Экспериментально-теоретический анализ работы изгибаемых железобетонных элементов// Тез. докл. всесоюзной конференции "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии" / Белгородский тех. институт строительных мат. - Белгород, 1991.-Ч.7.- С. 100.

3. Удо Х.А. Исследование напряженного состояния железобетонного изгибаемого элемента таврового сечения // В сб. научных трудов "Повышение, эффективности и надежности городского хозяйства"./ХКИГХ. - К.: Высгтая школа, 1993.- С.36-38.

4. Стоянов Е.Г., Удо ХА. Экспериментально-теоретический анализ и новая методика расчета изгибаемых железобетонных элементов прямоугольного сечения // В сб. научных трудов "Повышкние эффективности и надежности городского хозяйства."/ ХИИГХ.-К.: Высшая школа, 1993,- С. 39-40.

5. Стоянов Е.Г., Удо Х.А. Исследование трещиносгошсости изгибаемого элемента с комбинированным сетчато-стержневым армированием // В сб. научных трудов "Эксплуатация и ремонт зданий и сооружений городского хозяйства." / ХИИГХ.- К.: Высшая школа, 1994.- С. 14-15.

6. Удо ХА. Экспериментальные исследования трещиностойкости балок с комбинированным сетчато-стержневым армированием // В сб. научных трудов "Коммунальное хозяйство городов." / ХИИГХ.-К.: Техника, 1994,- вып. 3.-С.50-51.