автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Сопротивление контактных швов железобетонных конструкций при действии сдвигающих сил

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Контактные швы в строительных конструкциях.

1.2. Конструктивные решения и работа контактных швов.

1.3. Экспериментальные исследования сопротивления контактных швов сдвигающим силам.

1.4. Расчетно-теоретические исследования сопротивления контактных швов сдвигу.

1.5. Оценка существующих экспериментально-теоретических исследований и задачи, решаемые в диссертационной работе.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ШВОВ

СДВИГАЮЩИМ УСИЛИЯМ.

2.1. Конструкция бетонных моделей и особенности их изготовления.

2.2. Методика проведения экспериментальных исследований бетонных моделей с контактными швами.

2.3. Результаты экспериментальных исследований бетонных образцов с контактными швами.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

СОПРОТИВЛЕНИЯ АРМАТУРНЫХ СТЕРЖНЕЙ, ПЕРЕСЕКАЮЩИХ КОНТАКТНЫЕ ШВЫ, СДВИГАЮЩИМ УСИЛИЯМ.

3.1. Конструкция моделей с армированными швами и особенности их изготовления.

3.2. Методика проведения экспериментальных исследований железобетонных моделей с армированными швами.

3.3. Результаты экспериментальных исследований сопротивления арматурных стержней, пересекающих контактные швы, сдвигающим усилиям.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ШВОВ СДВИГУ

И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИХ РАСЧЕТА.

4.1. Сопротивление сдвигу арматуры, пересекающей контактный шов

4.2. Сопротивление сдвигу неармированных контактных швов.

4.3. Сопротивление сдвигу армированных контактных швов.

Актуальность темы диссертации.

Контактные швы имеют широкое распространение в практике строительства зданий и сооружений из железобетона. Они образуется при сооружении сборных железобетонных конструкций, сборных элементов и моннолитного бетона в сборных монолитных конструкциях, монолитного бетона при перерыве бетонирования в монолитных конструкциях, стальных конструкций и монолитного бетона в сталежелезобетонных конструкциях, стальных элементов и бетона в закладных деталях, при усилении существующих конструкций монолитным бетоном.

Контактные швы в конструкциях подвергаются различным силовым воздействиям, в том числе воздействиям изгибающих моментов, нормальных сжимающих и растягивающих сил, а также воздействиям сдвигающих сил.

Одним из наиболее важных и сложных вопросов является оценка сопротивления контактных швов действию сдвигающих сил, особенно при наличии арматуры, пересекающей контактный шов. При сдвиге контактные швы имеют весьма сложный характер работы, зависящий от многих факторов. В то же время, от правильной оценки сдвиговой прочности контактного шва зависит совместная работа примыкающих к контактному шву элементов конструкции и несущая способность конструкции в целом.

К настоящему времени выполнено значительное количество экспериментально-теоретических исследований сопротивления контактных швов сдвигу. Однако, до сих пор не выработано достачно надежных, физически обоснованных и единообразных методов расчета прочности контактных швов при действии сдвигающих сил.

Цель диссертационной работы - разработка более совершенных методов расчета прочности контактных швов при действии сдвигающих сил, на основе анализа существующих подходов и экспериментальных данных.

Новизна работы заключается в следующем:

- представлена систематизация и обобщение существующих экспериментальных и теоретических исследований работы контактных швов на сдвиг;

- получены новые экспериментальные данные о сопротивлении контактных швов сдвигу при действии прижимающих сил;

- получены новые экспериментальные данные о сопротивлении арматуры в контактном шве при действии сдвигающих сил;

- разработаны усовершенствованные методы оценки сопротивления арматуры сдвигу на основе различных расчетных моделей;

- разраоотаны усовершенствованные методы расчета контактных швов сдвигу с учетом прижимающих сил на основе различных расчетных моделей; разработана усовершенствованная методика расчета армированных

Л/МТТ'ЛГ'ГШ IV |*ТПАП п Ат ППАГИЗКТО о^гшллпогплп

КЧ'ИАЙМ 11Ь1Л. 3 О .лаОпС'*! Г1 И^Ч-МД^П ± (Л Ч^ СА у IV! П р <Л I 1 14 /1 .

ГТ п<® о ">слс « * * ¡Г* к>о¡Г* -> <1 [ ~ : 11 /л!! ч . >'] / ■ о о т'/лк.1 ¡ п ,-л пПАггп Аи'рииьгр МРТОПКТ

1 И» лай Е О -11Л1Ч.Л1Ч-' I. ^ М А Ч-У 11 Ю 1 4 1 А 1-»1 IV! I расчета могут быть использованы при проектировании и совершенствовании нормативных документов, что обеспечивает более правильную оценку прочности контактных швов при сдвиге.

Результаты работы были внедрены в АО ЦНИИПромзданий при исследовании прочности железобетонных конструкций промышленных зданий для обоснования проектных решений, а также переданы в ГУП ИИИЖБ и ОАО КИИЭС для использования при расчетах конструкций и сооружений, имеющих контактные строительные швы.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на научном семинаре в отделе конструкций многоэтажных зданий АО ЦНИИПромзданий в 1999 г., на научном семинаре кафедры "Строительные конструкции" МИКХиС в 1999 г.

По теме диссертационной в научных журналах опубликовано 3 статьи, в которых изложено основное содержание и результаты работы.

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в экспериментальных и теоретических исследованиях, а также в анализе результатов выполненных ранее другими специалистами исследований существующих методик расчета ( в том числе расчетных моделей) и положений нормативных документов.

На защиту выносятся:

- анализ существующих экспериментальных исследований и предложений по расчету контактных швов на сдвиг;

- экспериментальные исследования работы бетона контактных швов на сдвиг при действии прижимающих сил;

- экспериментальные исследования работы арматуры, расположенной в теле бетона, при действии сдвигающих сил;

- предложения по расчету контактных швов на сдвиг с учетом прижимающих сил;

- предложения по определению сдвигающих сил, воспринимаемых арматурой, пересекающей контактный шов;

- предложения по расчету на сдвиг армированных контактных швов.

Работа выполнена на кафедре "Строительные конструкции" Московского института коммунального хозяйства и строительства".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментальные исследования показали, что сопротивление сдвигу неармированных бетонных контактных швов при действии обжимающих усилий существенно зависит от прочности бетона. Для образцов с одинаковым уровнем обжатия контактных швов с увеличением кубиковой прочности бетона на сжатие примерно в 1,6 раза предельная сдвигающая сила увеличилась примерно в 1,4 раза.

2. Экспериментальные исследования показали, что сжимающие напряжения, действующие поперек контактного шва, существенно повышают сопротивление контактного шва сдвигу, причем это повышение тем больше, чем выше прочность бетона. Для образцов с относительно невысокой прочностью бетона ( 24 МПа) повышение уровня сжимающих напряжений примерно до 1.7 МПа привело к повышению предельной сдвигающей силы примерно в 1,3 раза, а для образцов с относительно более высокой прочностью бетона ( 38 МПа) - примерно в 2.2 раза.

3. Экспериментальные исследования показали, что сопротивление сдвигу арматурных стержней, расположенных в бетоне существенно зависит от прочности бетона. Для образцов с одинаковым поперечным армированием увеличение прочности бетона в 1,9-2,1 раза привело к увеличению сопротивления арматурных стержней сдвигу в 1,9-2,6 раза.

4. Экспериментальные исследования показали, что сопротивление сдвигу арматурных стержней, расположенных в теле бетона, зависит от площади поперечного сечения арматурных стержней. С увеличением площади сечения поперечной арматуры примерно в 1,2 раза предельная сдвигающая сила увеличилась примерно в 1,1 -1,2 раза.

5. Теоретическим анализом установлено, что для оценки сопротивления сдвигу арматурного стержня, расположенного в теле бетона, могут быть использованы: модель, рассматривающая изгиб стержня в теле бетона при действии сдвигающей силы, при одновременном достижении предельного состояния в стержне и в бетоне под арматурным стержнем; изгибная деформационная модель, рассматривающая совместные деформации арматурного стержня и бетона с учетом их упруго-пластической работы и раздельное достижение предельного состояния стержня и бетона под ним; стержневая (распорная) модель, состоящая из наклонных сжатых бетонных элементов и растянутых арматурных элементов при соответствующем достижении предельного состояния в бетоне и арматурных стержнях.

На основе указанных моделей с использованием результатов проведенных экспериментальных исследовании получены откорректированные расчетные зависимости (4.37), (4.42), (4.43).

6. Теоретическим анализом установлено, что для оценки сопротивления бетонного контактного шва сдвигу при действии обжимающих сил могут быть использованы: модель, основанная на условной силе трения, и модель, основанная на критерии прочности бетона при плоском напряженном состоянии.

На основе указанных моделей с использованием результатов проведенных экспериментальных исследований получены откорректированные расчетные зависимости (4.56), (4.57), (4.58).

7. С использованием полученных расчетных зависимостей по определению сдвигающих сил, воспринимаемых отдельно бетоном и арматурными стержнями, составлены расчетные формулы для определения общего сопротивления армированного контактного шва сдвигу в зависимости от процента поперечного армирования

4.67),(4.71), (4.72), (4.87).

8. Для практического применения в целях упрощения расчетов рекомендуется использовать зависимости (4.42) и (4.43), полученные на основе стержневой (распорной) модели сопротивления арматуры сдвигу, а также зависимость (4.56), полученную на основе модели сопротивления бетонных контактных швов сдвигу, учитывающей условные силы трения.

1. Адаменков A.A., Аласюк Т.Я. Прочность контактного шва сборных железобетонных лентов с бетоном омоноличивания. Гидротехническое строительство, 1966, N8, стр. 16-18.

2. Ашкинадзе Г.Н., Мартынова Л.Д., Соколов М.Е., Мартынова Н.Г. Результаты гериментальных исследований вертикальных стыковых соединений монолитных стен присдвиге. Монолитное домостроение, ЦНИИЭП жилища, 1986, стр. 50-73.

3. Ашкинадзе Г.Н., Соколов М.Е., Мартынова Л.Д., Лишак В.И., Тассиос Ф., нтас С., Плайнис П., Скарпас А. Железобетонные стены сейсмостойких зданий, М., йиздат, 1988, 504 стр.

4. Беленький Б.С., Зинченко H.A. Сдвиговые характеристики и плотность 1тельных швов при различной технологии их обработки. Энергетическое строительство, N 8, стр. 67-70.

5. Беленький Б.С., Певзнер Ю.Р., Дерюгин Л.М., Зинченко H.A., Маслова М.С. Об чении сроков перекрытия бетонных слоев. Энергетическое строительство, 1981, N 5, стр.

6. Валеев Г.С. Прочность и деформативность сборно-монолитных конструкций по 1ктному шву с учетом длительности действия статической нагрузки. Диссертация на :ание ученой степени кандидата технических наук. 1988, 187 стр.

7. Гвоздев A.A., Васильев А.П., Дмитриев С.А. Изучение сцепления нового бетона со im в стыках железобетонных конструкций и рабочих швах. ОНТИ, 1936, 54 стр.

8. Герасимова И.П. Работа на сдвиг вертикальных замоноличенных шпоночных стыков ьных стен. Работа конструкций жилых зданий из крупноразмерных элементов.

9. ИЭП жилища, 1986, стр. 42-48.

10. Голышев А.Б. Проектирование и изготовление сборно-монолитных конструкций. 1975, 190 стр.

11. Городецкий Б.А. Расчет прочности сборно-монолитных преднапряженныхбетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил. НИИСК, 1975, 190

12. Еврокод 2.Проектирование железобетонных конструкций. Перевод с английского. ,1997,128 стр.

13. Евстифеев В.Г. Экспериментальные исследования стыков пространственных 5етонных конструкций. МИСИ. 1966, стр. 59-64.

14. Катин Н.И., Стульчиков А.Н. Работа закладных деталей при сдвиге и совместном я сдвигающих сил и изгибающих моментов. Стыки в сборных железобетонных кциях. НИИЖБ, 1970, стр. 118-161.

15. Кириллов А.П., Коган Е.А., Ульянова Е.А. Прочность бетонных массивных ружений по горизонтальным строительным швам. Информэнерго, 1987, 56 стр.

16. Кодекс-образец для норм по железобетонным конструкциям. ЕКБ-ФИП. Перевод с шцузского. НИИЖБ, 1984, 284 стр.

17. Коровин H.H., Еськов B.C. Шпоночные стыки сборных железобетонных оболочек. >мышленное строительство, 1966, N 8, стр. 25-29.

18. Коровин H.H., Гомосов В.Н. Экспериментальное определение коэффициента трения на, гакте сборного и монолитного бетона. Совершенствование стыков железобетонных лрукций. НИИЖБ, 1987, стр.30-36.

19. Кувыкин И.С. Прочность сцепления бетона в швах при различных способах 'нирования и обработки бетонных поверхностей. Гидравлика и мелиорация, 1960, N 6, стр. 3.

20. Кузьмичев А.Е. Исследование прочности шва сопряжения в сборно-монолитных баемых конструкциях с обычным и преднапряженным сборными элементами. ;твительная работа несущих железобетонных конструкций производственных зданий. 1ЖБ, 1973, стр. 154-162.

21. Методические рекомендации по расчету сборно-монолитных конструкций по ельным состояниям. НИИСК, 1983, 75 стр.- —

22. Минарский A.E., Михалевская И.В. Исследование сопротивления бетона швов тающим усилиям. ВНИИГ, 1965, стр. 107-117.

23. П. Михайлов Н.В., Урьев Н.Б. Проблема сцепления "нового" бетона со старым и явания бетонов в гидротехническом строительстве. Гидротехническое строительство, , N 9, стр. 33-36.

24. Оатул A.A., Сонин С.А., Закрутин Г.Н., Карякин A.A. Изгибаемые сборно-монолитные грукции с бесшпоночным контактом. Бетон и железобетон, 1982, N 1, стр. 12-14.

25. Петров А.Н. Об интерпретации среза в бетоне. Строительные конструкции. Киев, вельник, 1967, стр. 181-188.

26. Петров А.Н. Экспериментальные исследования бетона при нагружении сжатием и 'М. Бетон и железобетон, 1965, N11, стр. 34-37.

27. Поляков C.B., Шорохов Г.Г. Испытания на сдвиг железобетонных замоноличенных >в крупнопанельных зданий. Сейсмостойкость крупнопанельных и каменных зданий. ИСК, 1967, стр. 109-118.

28. Померанцев A.M., Соловьев Г.П. Предельный сдвиг кромок горизонтальных трещин, гченных хомутами. Исследование и расчет современных мостовых конструкций. МИИТ, стр. 82-88.

29. Рекомендации по расчету и конструированию сейсмостойких зданий из монолитного 1. ЦНИИПИ монолит, 1989, 117 стр.

30. Рекомендации по расчету и конструированию сборно-монолитных железобетонных тов стен и перекрытий сооружений АЭС. МО Атомэнергопроект, 1988, 49 стр. . Рекомендации по учету строительных швов в массивных железобетонныхлрукциях. Гидропроект, 1982, 26 стр.

31. Рекомендации по расчету массивных железобетонных конструкций гидротехнических >ужений на действие поперечных сил. Гидропроект, 1989, 32 стр.

32. Рекомендации по назначению поперечной арматуры в конструктивных зонах балочных ентов и в балочных элементах, имеющих продольные строительные швы. Гидропроект,40 стр.

33. Симаков Г.К. Сдвиговые характеристики горизонтальных швов "укатанных" бетонов, юлогия возведения бетонных плотин. ВНИИГ, 1984, стр. 34-37.

34. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1985, 79 стр.

35. СНиП И-11-77. Защитные сооружения гражданской обороны. М., 1978, 60 стр.

36. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. М., 1986, 213 стр.

37. Судаков В.Б., Минарский А.Е., Пащенко В.И., Василевская С.К. Сдвиговые ктеристики горизонтальных строительных швов плотины Токтогульской ГЭС. ютехническое строительство, 1974, N 5, стр. 7-9.

38. Сунгатуллин Я.Г. Экспериментально-теоретические основы расчета сопротивляемости гу армированного и неармированного контактного шва сборно-монолитных трукций. Сборные и сборно-монолитные железобетонные конструкции. Казань, 1975, стр. 16.

39. Сунгатуллин Я.Г. Особенности расчета железобетонных сборно-монолитных трукций по первой группе предельных состояний. КазИСИ, 1983, 44 стр.

40. Уваров Л.А., Фрадкин Л.П. Исследование сопротивления сдвигу бетона по блочным ительным швам плотин. Гидротехническое строительство, 1968, N 7, стр. 23-26.

41. Холмянский М.М. Закладные детали сборных железобетонных конструкций. М., 1968, тр.

42. Хаютин Е.И. Исследования работы зоны объединения стальных балок с зобетонным настилом перекрытия. Технология, организация и экономика строительства, N 10, стр. 139-143.

43. Шитиков Б.А, Изгиб стального стержня в бетоне. Штампованные и сварные хадные детали железобетонных конструкций. НИИЖБ, 1979, стр. 111-172.

44. Anderson A.R. Composite Designs in Precast and Cast in Place Concrete. Progressive hitecture, V. 41, 1960, N 9, pp. 172-179.

45. Birkeland P.W., Birkeland H.W. Connections in Precast Concrete Construction. Journal V. 63, 1966, N 3, pp. 345-368.

46. Dulacska H. Dowel Action of Reinforcement Crossing Cracks in Concrete. Journal ACI, »,N12.

47. Fattah S.A. Proposed Revisions to Shear-Friction Provisions. Journal of the Prestressed crete Institute. V. 23, 1978, N 2, pp. 12-21.

48. Gaston S.R., Kriz L.B. Connections in Precast Concrete Structures Scarf Joints. Journal of >restressed Concrete Institute, V. 9, 1964, N 3, pp. 37-59.

49. Hanson W. Horizontal Shear Connections. Journal of the Researche and Development >ratories, Y. 2, 1960, N 2.

50. Hofbeck S.A., Abrahim A.O., Mattock A.H. Shear transfer in Reinforced Concrete. Journal V. 66, 1966, N2, pp. 118-128.

51. Kani G. The riddle of shear failure and its solution. Journal ACI, V. 61, 1964, N 4.

52. Mattock A.H., Kaar P.H. Precast Prestressed Concrete Bridges. Journal of the Research and lopment Laboratories, V. 3, 1961, pp. 47-56.

53. Mattock A.H., Sohal L., Chow H.C. Shear transfer in reinforced Concrete with moment or эп acting across the shear plane. Journal of the Prestressed Concrete Institute, V. 20, 1975, N 4, 6-93.

54. Mattock A.H., Hawkins N.M. Shear transfer in reinforced concrete recent research. Journal 5 Prestressed Concrete Institute, Y. 17, 1972, N 2, pp. 55-75.

55. Saemana J.C., Washa G.W. Horizontal Shear Connections Precast Beams and Cast-in-Place . Journal ACI, V. 61, 1964, N 11, pp. 1383-1408.

56. Taylor H.P. Investigation of the Dowel Shear Forces Carrid by the Tensile Steel in- 125 einforced Concrete Beams. Cement Concrete Association, Nov., 1969.

57. Wong F.K. The horizontal shear resistance of composite beams. Structural Engineering, V. 1, 1963, N8, pp. 24-46.

58. Скворцов А.Г. Особенности расчета железобетонных конструкций с горизонтальными энтактными швами. Деп. во ВНИИНТПИ, № 11727, вып.1, 1998, 10 стр.

59. Лисичкин С.Е., Скворцов А.Г. Повышение безопасности массивных железобетонных »нструкций с контактными строительными швами."Гидротехническое строительство", 2000, : стр. ( в печати).