автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Совместная работа арматурных канатов класса К 19 с бетоном на напрягающем цементе

ГОССТРОЙ РОССИИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНО КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ШЕЗОБЕТОНА ( НИИХБ )

На правах рукопиои

Садырбаев Коиой

л

УДК 624.012.46:691.327:589Л:691.87

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА АРМАТУРНЫХ КАНАТОВ КЛАССА К 19 С БЕТОНОМ НА НАПРЯГАЮЩЕМ ЦЕМЕНТЕ.

Специальность 05.23.01 -.Строительные конструкции,

здания и вооружения.

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на ооиоканяе ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1993

/

V ■ '

V ' /

Работа выполнена в Государственном Ордена Трудового Крааного Знамени научно-иооледовагельовом, прооктно-конструктороком и технологическом инотитуте бетона и железобетона " НИИЕ5 "

Научный руководитель - заслуженный деятель наука и техники

России, доктор технических наук, профеооор Михайлов К.В. Официальные оппоненту - доктор технических наук, профессор

Гамбаров Г.А, - кандидат технических наук,, V Ильин О.Ф. Ведущая организация - ЦНИИпромзданий ' :

Защита состоитоя 1993 г, в /^чаоов на

заседании специализированного совета К 033.03.01 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственной Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательской проектно-конструкторскои и технологическом институте бетона-и железобетона по адреоу: 109428, Нооква, 2-я Институтская ул., д.б.

С диссертацией ложно ознакомиться в библиотеке НИИЯ6, Автореферат разоолан " -у^^УС^тА 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

Ли>%, Кузьмич Т.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним основных строительных материалов современности является железобетон, в том числе сборный' предварительно напряженный железобетон. Поэтому актуальной .задачей является дальнейшее повышение эффективности железобетонных конструкций, совершенствование технологии их заводокого производства, следствием чего обеспечивается снижение отоиыисти строительства. Как известно, в качества напрягаемой арматуры для предварительно напряженных конструкций иопользуетоя высокопрочная холоднотянутая проволока, стержневая горячекатаная арматура и арматурные канаты. Стальные канаты характеризуются высокими механическими свойствами а практически неограниченной длиной.

Для уого, чтобы наиболее эффективно попользовать свойства канатной арматуры, необходимо обеспечить надежную совместную работу ее о бетоном, оообенно в конструкциях о натяжением арматуры на упоры.

Применение бетонов на напрягающей цементе в предварительно напря-

0

зепных конструкциях обеспечивает более быструю передачу уоилий предварительного напряжения на изготовляемую конструкции, уменьшение потерь предварительного напряжения и компенсирует уоадку бетона. В результате получаются конструкции о высокой трещиностойко* отью.

Цольв диссертационной работы является изучение совместной работы ариатурннх канатов класса К 19 о бетояоы па напрягающей цементе. Научную новизну работы составляют:

« гшпергшентальные дашшо о механических свойствах канатов Я ¿9;

- опоперпквптальныо донныо о реологической отойкоста канатов К 19;

- розульгаты экспериментальных исследований гоны передачи напряг8-з:Ш;

«• результаты зксперяиентальных исследований я уточнение методика

раочпта балок по первой и второй группам предельных ооохояний. Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований механических овойств арматурных канатов класоа К 19;

- экспериментальные данные о влиянии уровня предварительных напряжений на релакоацию в канатах К 19;

- методику и результаты экопериментально-теор'егичеокого исследования зоны передачи напряжений канатов К 19;

- методику и результаты наследований трещиноохойкоохв и деформахив-нооти преднапряжеяных опытных балок, армированных канатами клаооа

К 19;

- экспериментальные данные о неоуцей опоообвоохи опыхных балок и результаты раочета прочности их нормальных оечений о учетом диаграммы растяжений арматуры.

- предложения по учету особенностей работы канаха К 19 9 предварительно напряженных железобехонньсс изгибаемых элементах. , Практическое значение работы:

Результаты иооледований попользованы при раврабохке нового текоха технических уоловий ТУ 14 4 22 91 на арматурные канаты К 19.. Разработаны предложения для действующих норм СНиП 2.03.01-84* по нормахивному и расчетному сопротивлениям кооледуемых канатов, по раочету потерь напряжений ох релакоации в канатах К 19, а также по раочету длины зоны передачи уоилий предварительного напряжения ох хорца элемента, яирины раокрытия треиия-'праиопользовашш канатов К 19 в предварительно напряженных железобетонных конохрующях. Разработанные ТУ направлены ааводу-изгоховихольв (Череповецкий охалепрокахный завпд).

Разработаны и реализованы рекомендация "по раочету оамонапряженных конструкций армированных девяхвадцахипроволочными канатами и их применению в реопублцкв Кыргыаохав".

Принимая, что годовая потребность в исследуемых канатах составит 10 тыо. тонн»экономический ^ект от законы иии арматурных канатов К 7 диаметром 15 мм по ГОСТ 13840-68* выразится в сокращении расх хода канатов порядка 700-800 тонн в год. •

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях подсекции арматуры НТС НИИЯБ а 1990-1993 гг.

Структура и объем дисоергации. Диссертация состоит из введения, :атырех глав, ооновных выводов, списка литературы из 160 наименований, двух приложений. Обвдй обьеы работы 167 страниц, включая 55 рисунков, 37 таблиц.

Работа выполнялась в 1989-1993 гг в группе высокопрочной проволочной арматуры лаборатории "Арматуры" НИИЖБ Госстроя России под руководством заслуженного деятеля науки и техники России, доктора технических наук, профессора Михайлова Константина Васильевича.

СОДЕРЖАНИЕ.РАБОТЫ Одним из наиболее эффективных видов напрягаемой арматуры язлявтся девятнадцатипроволочные канаты. Производство канатов класса К 19 диаметром 14 мы по ТУ 14 4 22 71 освоено на Череповецком сталепрокатном заводе.

Исследуемые канаты используют взамен арматурных канатов класса'.К 7'. диаметром 15 им по ГОСТ 13840-68И. За счет более высоких прочностных свойств составляющих проволок канаты класса К 19 диаметром

1

14 мм обладают теми яе величинами агрегатных прочноотных характеристик (разрывное усилие, усилие при условном пределе текучеоти), что я канаты К 7 диаметрсм 15 ми; прямая замена канатов К 7 но канаты К 19 позволяет получить реальную экономию стали до 8%. Крема тогоцзакопленный опыт применения канатов класоа К 19 в отро-тельной практике,выявил снижение трудоемкости арматурных работ на

6%, что обусловлено уменьшением погонной масоы и диаметра каната, а также его повышенной гибкостью по сравнению о канатами класса К 7 диаметром 15 мм.

Однако, внесенные в последние годы изменения в ГОСТ 13840-68*,вкг~>-чали повышение браковочных значений Рр и для канатов К 7 диа- -метром 15 мы.

Кроме того в стандарте установлено требование к реологической стойкости арматурных канатов. Для канатов, подвергнутых низкотемпературному отпуску, после выдержки 1000 часов при уоилии составляющем 70% от действительного разрывного усилия релаксация напряжения не должна превышать 8%.

Требования ТУ 14 4 22 71 к девяхнадцатипроволочным канатам не подвергались пересмотру о момента их утверждения, поэтому необходимо было исследовать их механические я реологические свойства о учетом накопленных опытных данных, полученных на заводе-изготовителе и в НИИХБ.

Напряженное состояние, созданное в результате предварительного напряжения железобетвняой конструкции, непрерывно изменяется во времени, так как материалы составляющие железобетон оклонны в пластическим деформациям. Эти изменения в напряжениях железобетона особенно заметны в первые дни я месяцы существования конструкции, затем они замедляются и при определенных уоловиях могут прак хически прекратиться.

Изменения напряженного состояния, вызываемые различными причинам« как правило, приводят к уменьшению напряжений в материалах конструкции, названных потерями напряжений.

В результате того, что потери напряжений значительны и достигают в некоторых случаях больших величия, трваиноотойкость консхрукци изменяется в вироких пределах. Однако можно оказывать влияние на потери напряжений и^создавать условия для их умвньивиия. : *

Так напрягающие цементы внося! существенные изменения в знак и величину потерь напряжений в железобетоне. Возникают структуры бетона, в которых уменьшение объема тела бетона от усадки не только компенсируется, но существенно превышается предварительным расширением.

В соответствии с технологией изготовления предварительно напряженных конструкций требуется более быстрое нараотание прочности бетона для передачи на него усилий предварительного напряжения. В связи о этим наилучшим для изготовления предварительно напряженных конструкций очитаетоя быстротвердеющий бетон, в том числе на основе напрягающего цемента марок НЦ-Ю, НД-20, НЦ-40 (цифры обозначают интенсивность оамонапряжения в кгс/ см^). Наиболее дешевым является напрягающий цемент марки НЦ-Ю. Применение НЦ-Ю в равнопрочных бетонах вместо портлан'д и шлако-портландцеиентов позволяет уменьшить расход цемента в зависимости от подвижности бетонной смеси и гребуеысго класоа бетона. При равных расходах цемента .применение НЦ-Ю повышает прочность бетона при сжатии до 1,5 раз и при изгибе в 1,15...1,4 раза в возрасте 28 суток после тепловлажностной обработки, а также повышает марки по водонепроницаемости до IV 12 и более, морозостойкости на 50.. ..400 циклов и более.

Способность НЦ-Ю придавать бетону более высокую прочность и возможность в результате самонапряжения полностью компенсировать деформации усадки позволяет переводить железобетонную конструкцию з более высокую категорию по треищаостойкости при экономном расходе зяауцего.

Бетон на НЦ-Ю не требует проведения пооле тепловлажностной обработки специальных мероприятий по стабилизации самонапряяения, поэтому его использование наряду п выеого бетонов на 1<ортланд и олакопортландцемента но изменяет технологию производства сборных

- б -

железобетонных изделий.

Примеров применения или исследования предоамонапряженных конструкций (типа балок, ферм, плит), армированных канатами К 7 и К 19, больших диаметров (12-15 мн) мы в литературе не обнаружили. Имея ввиду, что объемы производства напрягающих цемейтов начинают ускоренно возрастать, следует усилить исследования в облаоги разя личных предсамонапрякенных конструкций, которые по своим показателям относятся к числу конструкций Будущего. Изложенное выве позволяет сформулировать задачи намечаемых иооле-ваний:

1. Изучить механиоесКпв и реологичеокие свойства арматурных канатов класса К 19 отечественного изготовления.

2. Определить экспериментально-теоретическим путей прочнооть, тре-циностойкость а дсформативность лреднапряженкых изгибаемых элементов из напрягающего бетона, армированных канатами класса К 19.

3. Подготовить предложения по применению арматурных канатов класса К 19 в предоамонапряженных железобетонных конструкциях.

Для определения действительного уровня прочностных характеристик канатов юысса К 19 промышленного производства на Череповецком сталепрокатном заводе были отобраны все результаты контрольных испытаний на растяжение за 1988 и 1989 гг.

Объем генеральной оовокупвооти составил 949 результатов по разрывному усилию и 918 - по уоилию при уоловком пределе текучести. Отметим, что ооглаоно ТУ 14 2 22 71 испытания девятнадцатипроволоч-ных канатов на ЧОПЗ проводят по отдельным проволокам о последующим суммированием.

Такая методика испытаний имеет ряд недостатков:

- более высокая трудоемкой» по сравнение о испытаниями в агрегатном ооотояшш;

- невозможность, определения яолньос- удлинений каната перед разрывом,

регламентируемых нормативными документами; -завыяение условного предела текучести за счес уменьшения угла наклона упругой линии при выверке конструктивной спиральности проволок наружного и внутреннего слоев;

-завышение временного сопротивления, обусловленное различием в схемах приложения предельной нагрузки для проволок наружного я внутреннего слоев при испытаниях в агрегатном соотоянии и по отдельности.

Поэтому возникла необходимость в проведении лабораторных испытаний каната в агрегатном состоянии о определением всех характерных точек рабочей диаграммы.

Для псоледоэания использовали один моток промыиленяой партии каната, изготовленной на Череповецком сталепрокатном заводе в 4 квартале 1989 году..

. Были отобраны 16 образцов каната длиной по 3 м. Каждый из образцов был разрезан на три близнеца, причем два крайних близнеца испытали на'растяжение, центральный на релаксации-напряжений. На концы отобранных образцов были надеты и опрессованы стальные

ГИЛЬЗЫ. ■

Испытания на растяжение проводили по методике ГОСТ 12004-81. Для испытания канатов.были использованы следующие машины: унявер-° овальная машина Иенк РБО 2000, при шкале нагрузок 400 кН; машина - двойного действия Амолер 50 при шкале нагрузок 25 то; машина ИР 500 при скале 500 кН. ]

По данным, полученным в ходе испытаний канатов в агрегатном состоянии определяли временное сопротивление, условный предел текучести в соответствующие им усилия, полное удлинение перед разрывом, модуль упругости и предел упругости.

Из 32 образцов канатов у 20 образцов разорвались проволоки вне гильзы т.е. на базе образца, у остальных рвались одновременно про-

волоки наружного слоя на обоих концах у выхода из гильзы. Сопоставление результатов испытаний в агрегатной состоянии и контрольных проволочных испытаний показало, что последние дают завы-иенную оценку прочностных характеристик каната на 4{5 - по разрывному усилию, на 5% - по усилию при условном пределе текучеели. Из анализа полученных данных следует, что фактические прочностные характеристики девятнадцатипроволочных канатов диаметром 14 мм с надежностью не менее 0,975 обеопежиают выполнение соответствующих требований ГОСТ 13840-68* к арматурным канатам класса К 7 диаметром 15 мм. Это позволило в разработанном проекте технических условий назначить браковочные величины разрывного усилия и усилия при условном пределе текучести на уровне названного стандарта. Результаты испытаний на растяжение использовали при назначении начальных напряжений при исследовании реологических свойств каната. Реологические испытания канатов класса К 19 проводили по методике ГОСТ 28334-89. Для испытаний использовали жесткие динамоме:ричео-кув рамы типа РД 20 конструкции НИИХБ, прошедших метрологическую аттестацию в установленном порядке. .

Начальное напряжение в образцах ооотавляло 60...80% фактического агрегатного временного сопротивления. Образцы выдерживали под нагрузкой при нормальной температуре 20+1 С. База образцов была принята 640 мм (3,3 шага овивки). Всего было испытано 15 образцов, в том числе: 10- при выдержке 1000 часов, 5 -при выдержке 15000. чаоов.

Уотановлено, что при нормируемых уоловиях испытаний в канатах клаоса К 19 диаметром 14 мм средняя величина релаксации связана о уровнем начальных напряжений линейной зависимостью.

= о,+ (Ър/би - 1оо%

Коэффициент регрессии, характеризующий соответствие полученной

ь2

зависимости опытным данным, Г = 0,96, среднеквадратичное отклонение - 0,55^6. Подстановка в приведенную формулу нормируецого уровня начальных напряжений дает среднюю величину релаксации напряжений 5,2?5, Уровень обеспеченности требованиям стандарта превосходит 0,99.

Комплексный анализ результатов исследований позволил разработать проект новых технических условий на девятнад"атипроволочные канаты класса К 19 диаметром 14 мм. Браковочные минимумы прочностных характеристик здесь установлены на уровне требований ГОСТ 13840-68я к арматурным канатам класса К 7 диаметром 15 мм; разрывное усилие - 232 кН, усилие при условном предела текучести - 197 кН. Нормируемая величина относительного удлинения перед разрывом составляет 3,75$.

Впервые в отечественной практике введено требование к реологической стойкости девятнадцатипроволочных канатов: после выдерзки 1000 часов при. температуре 2М С и начальном усилии 7С# от действительного разрывного усилия релаксация не должна превышать 8$. В качестве зарубежных аналогов для сопоставления приняты девятнад-цатипроволочные арматурные канаты наиболее близких диаметров производства Великобритании (фирма пВг^с/оп"), Германия (7 и Япония (действующий стандарт й 3536-88).

Уотановленно, что прочностные и реологические характеристики канатов по разработанному проекту технических уоловий соответствуют лучшим зарубежным аналогам.

Для изучения совместной работы арматурных канатов класса И 19 о бетоном на напрягающем цементе были запроектированы опытные образцы, таким образом, что в одной группе балок напряжени4 в раотяну-той арматуре при разрушении доотигали условного предела текучести 60,2. * а в балках другой группы напряжения в рвстянутой арматуре .

находились в пределах между условным пределом текучести 6с>,2 и . временным сопротивлениям 6с/ (для определения коэффициента /¿б1 т.е.- учета работы арматуры выше условного предела текучести). Поэтому были выбраны балки прямоугольного и таврового сечения с различной относительной высотой ожатрй зоны ^ * - ; Были изготовлены и испытани две серии балок. В каждой серии 2 балки были изготовлены из напрягавшего бетона и одна балки из обычного бетона на портландцементе.

Балки одной серии имели прямоугольной' сечение (БН П, БП П) размерам^ 200x300 мм И' армировались двумя канатами. Балки второй серии (БН Т, БП Т^армированные одним канатам, имели та-киб/же размеры за исключением оредней трети, которая выполнены таврового сечения о шириной ребра 100 мм и размерами полки 70x200 мм. Длина всех опытных балок 3400 мм. Концевые участки опытных образцов длиной 1200 мы армировали замккутными хомутами^ 5 ВР1 о шагом 100 мм и сварными оетками 0 5 Вр I с шагом 100 ш по длине 700 мм.

При передаче уоилия предварительного напряжения на бетон принята треугольная эпюра обжатия в поперечном сечении опытных образцов при различном расположений напрягаемой арматуры. Образцы предварительно напряненных белок изготовляли на 16 метровом стенде при одновременном бетонировании шести балок, расположенных по три в двух линиях.

На одной линии изготовляли балки прямоугольного, а на другой таврового сечения.

Величина бар (начальное напряжение в арматуре) составляла 80% от фактического врек<знного сопротивления.

Натяжение арматуры производили на упоры стенда механическим способом при помощи гидравлического домкрата ДГ 50. Усилия натяжения о помощью тяги и домкрата от натяжного столика передавались на упоры

отенда.

Уоилие предварительного натяжения арматуры контролировали по показаниям манометра на насосной станции. Кроме того, осуществляли контроль по деформациям арматуры между балками о помощью индикаторов с ценой деления 0,001 гш.

Сначало натяжение арматуры производили на первой линии до проектного усилия в 50Q кН, а затеи на второй линии до усилия 250 кН. В обоих линиях снижали усилия до 0,ЗРцРи в том состоянии осуществляли привязку к канатам сеток и хомутов. После окончания арматурных работ производили натяжение канатов до проектного усилия. На натянутой арматуре закрепляли репера для замера ее деформаций, и изолировали, их пластилинои.

После натяжения арматуры до проектного напряжения были установлены боковые щиты опалубки.

Состав бетона по прочности класса. В 40 принимали в соответствии о требованиями ГОСТ 2700^-86 и " Рекомендации по применению добавок оуперплаотификаторов при "рои зв о детве сборного и монолитне 'О железобетона ".

Перемешивание бетонной смеси производили в бетоносмесителе принудительного действия СБ 146 емкостью 750 л.

После укладки бетона в форму производили его уплотнение глубинным вибратором И 57.

Одновременно были изготовлены для каждой серии балок: -кубы IOOxIOOxlOO мм (б OT.D, 150x150x1^0 мм (10 иг.) для контроля прочности бетона; - призмы 150x150x600 -м (7 шт.) для определения приз. кенной прочнооти,модуля упругооти, предельной сжимаемости на день' передачи напряжений и на день испытания внешней нагрузкой; - приз-мц 150x150x600 мм (3 иг.) и 100x100x400 мм (3 от.) лля определе-. ния прочнооти на растяжение при изгибе. Кроме того, для определения самонапряжения напрягающего бетона были изготовлены призмы

50x50x200 ш (з ит.)>"...'/ .С "^"г -:•

Подвижнооть бетонной омеси на напрягающем цементеооотавляла 7 о-, на портландцементе - 8,5 см.

Вое образцы находились в уоловиях естественного твердения бетона. Обжатие бетона опытных балок усилием натянутой арматуры осуществляли на 7-Ю день после бетонирования при прочности бетона, составляющей 60-70% от проектной прочности. Отпуск арматуры осуществляли плавно при помощи гидравлического домкрата ДГ 50 за 7-10 этапов без промежуточной длительной выдержки. Этапы отпуска контролировали по монометру насосной станции и приборами, установленными на арматуре. На каждом этапе отпуска фиксировали показаний тензодатчиков с базой 50 мм, наклее-ных на боковых поверхностях балок вдоль оси арматуры. Эти измерения дали возможность оценить фактическую длину зоны передачи напряжения ¿-р . Деформации бетона измеряли также в середине пролета балок на уровне верхней и нижней арматуры о помощью тензодатчиков. Величину втягивания арматуры в торцы балок фиксировали при помощи индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм, которые крепили попарно на каждом канате при.помрщи специальных зажимов. Деформации растянутой арматуры в середине балок измеряли при помощи индикаторов часового типа о ценой деления 0,001 мм на базе 500 мм, которые устанавливали на репера, дредварительно закрепленные на арматуре. Индикатором часового типа о ценой деления 0,01 мм измеряли выгиб балки в середине пролета. Деформации бетона на верхней грани балок, в зоне чистого изгиба, измеряли о помощью рычажных тензометров Гугенбергера о ценой деления 0,001 им на базе 100 мм. Пооле каждого этапа передачи усилия на бетон и в промежутках между этапами., поверхность бетона в приопорных зонах тщательно осматривали с помощью лупы для фиксирования возможного образования трещин раскола. После полной передачи напряжи -й производили сня-

не показаний по приборам через 1,2,3,4 и б часов, а также далее через каждые сутки в ¡течении одной недели. Арматуру между балками ' разрезали газосваркой. Хранились балки рядом со стендом. Выгиб балок замеряли вплоть до их испытания внеиней нагрузкой. Для определения прочностных и деформативных характеристик бетона, соответствующих моменту передачи усилия обжатия, после отпуска натяжения, были испытаны бетонные призмы и кубы. Втягивание арматуры в бетон при передаче усилий предварительного •напряжения началось в опытных образцах БП П I I, БН П I I я БН II 12 при снижении предварительного напряжения в арматуре на 177 11Па. В этих образцах прямоугольного сечения в растянутой зоне расположены два каната К 19. Следует отметить, что при передаче усилия предварительного напряжения зажимное, устройство перекусило одну наружную проволоку в канате. В результате повысилась величина предварительного напряжения в канате и возник динамический эффект, ""что существенно повиляло на увеличение втягивания этого каната оо стороны торца балки, обращенной к месту обрыва. Зависимость втягивания арматуры в бетон нелинейна.

Втягивание арматуры в бетон опытных образцов типа БП Т 2 I, БН Т 2 I и БН Т 2 2 началось при снижении напряжения на 116 МПа. Зависимость втягивания от предварительного напряжения практически_ линейна. Втягивания на левом и правом торцах опытных образцов почти одинаковы.

Установлено, что■максимальная величина втягивания арматуры в бетон

Qo для испытанных образцов пр.. передаточной прочности 35 КПа и предварительном напряжении 1400 КПа находится в

пределах 1,20-2,15 мм. .

Принятая в экспериментальных исследованиях методика позволила определить значения зоны передачи усилий от торца элемента по двум способам:- первый -по величине втягивания арматуры в бетон;

второй -по показанияи тензодатчиков.

Максимальные опытные значения длины зоны передачи усилий предвари-т.явного напряжения от торца элемента в образцах из бетонов на портландцементе и на напрягающей цементе одинаковы и находиться в пределах 800-1000 мм; по сравнению с расчетными значениями, подсчитанными по различными методикам они оказались:

- по СНиП 2.03.01-84* меньие на 10%.

- по величине втягивания арматуры в бетон при = 3,25 для образцов таврового сечения меньше не 7%, для образцов пряыоуголь-' ного оечения больше на 5%, при А = 3,0 для образцов таврового сечения меньше на 16%, для образцов прямоугольного оечения меньше 3%.

- по американским нормам /АС1 318 83/ больше на 18%,:

При передаче предварительного напряжения на бетон образцов таврового и прямоугольного сечения в нормальных сечениях возникали треугольная эпюре сжимающих напряжений.

Опытные значения потерь усилия обжатия от предварительного напряжения в образцах из бетона на портландцементе составили 20%, на напрягающем -¡менте 15,5%, т.е. было на 29% меньше. Опытные значения потерь усилия обжатия оказались меньше расчетных по СЦиП 2.03,01-84* в образцах из бетона на портландцемента на - 16,6% и в образцах, на напрягающем цементе на 8,8%. Испытания опытных балок проводилось по принятой в НИИКБ методике, загружением двумя равными силами в третях пролета. Нагружение осуществляли о помощью гидравлического домкрата ДГ25 через распределительную траверсу, контроль усилия осуществляли по манометр., насосной станции. Нагрузку прикладывали ступенями, каждая из которых не превышала 1/10 ожидаемой разрушающей. На стадиях близких к моменту образования трещин и разрушению образцов, нагрузку на . этапах уменьшали в два-три раза. До появления трещин на каждом ■

этапе образец выдерживали под нагрузкой в течение 10 цин., а по-оле появления трещин выдержку увеличивали до 15 кинут. Первую из балок-близнецов испытыва-и однократным загружением вплоть до разрушения. Отчеты по приборам снимали дважды - сразу после приложения нагрузки и в конце выдержки. В процессе испытания замеряли:

- деформации бетона крайнего сжатого волокна тензодатчиками о базой 50 мы на участке длиной 500 мм, э текяе индикаторами о ценой

Деления 0,01 мм на базе 500 мы и двумя тензометрами Гугенбергера с базой 100 мы. Деформации растянутой арматуры в зоне чистого изгиба при помощи прогибомеров конструкции Мокина о ценой деления 0.01 км на базе 500 мы. '

- деформации бетона по высоте сечения в зоне чиотого изгиба измеряли цепочками тензодатчиков.

Прогибы образцов от внешней нагрузки замеряли под грузами и в сере-"динв пролета о помощью прогибомеров Максимова о ценой деления 0,1 мм, закрепленных на специальной раме; последняя была подвешена к концам балок по осям опор при помощи струбцин, что дало возможность исключить из величины показаний приборов осадку опор. В торцвх балок на выпусках арматуры закрепляли индикаторы чаоового типа с ценой деления 0,01 ми для измерения смещения арматуры относительно бетона.

Момент появления трещин определяли визуально по измеренным деформациям бетона растянутой зоны на уровне арматуры и на нижней грани ' балок о помощью цепочек тензодатчиков.

Ширину раскрытия трещин измеряли на уровне'центра тяжести растяну-

х

той арматуры о помощью трубки Бринеля ЯПБ 2 с 24- кратным увеличением и о ценой деления 0,05 мм.

В процессе испытания поэтапно на боковой поверхности фиксировали развитие трещин по высоте.

Вторую балку-близнец испытывали двумя циклами загрузки-разгрузки, Здесь до достижения трещиной ширины раскрытия 0,15 мм испытания осуществляли по изложенной выше схеме. Далее образец разгружали на 4...6 этапов до условно полного 'закрытия трещин С 0,01... 0,02 мм). На промежуточных этапах выдержка не предусматривалась. Фиксировали ширину ' — •.. трещин и показания механических приборов. На завершающем этапе разгрузки осуществляли выдержку.до 30 минут и снимали отчеты со всех приборов по основной программе. Затем выполнили повторное загружение на 4...6 промежуточных этапа до исходной нагрузки. После выдержки цикл разгрузки-загрузки повто ряли. Дальнейшее приложение нагрузки осуществляли по основной программе до разрушения образца.

После разрушения образцов их фотографировали. Затем откололи бетон для замера фактических величин защитного слоя и вырезки арматурных канатов из зоны чистого изгиба и приопорных участков. В дальнейшем эти образцы каната были испытаны на разрыв для определения действительных характеристик механических свойств арматуры после испытания балок.

Для определения прочностных и деформативных характеристик бетона пооле испытания каждого образца испытгэали контрольные кубы и призмы.

При иопытании опытных образцов прямоугольного сечения БП П II, БНП11иБНП12 произошло смещение арматуры в зоне дейотвия изгибающего моментов и поперечных сил. В образце БН П I 2 смещение канатов началось одновременно на левом и правом торцах балки при М=Ю кН м. Интенсивно увеличивалось смещение при М=80 кН м. Перед разрушением смещение на левом торце доотигало 6,5 мм, а на правом 8 мм. В образцах БН П I I и БП П I I смещение одного каната происходило, только на одном торце балок при 11=10 кН м. Интенсивно увеличивалось смещение при Ц=60 кН м и составляло 9,5 мы.

Следует отметить, что даже весьма значительное втягивание ( до 10 мм ) арматурных канатов К 19 в торцы опытных балок БН П I I, БНП12иБПП11 при нагружении не привело к появлению горизонтальных трещин раскалывания. Более того, втягивание канатов до 8 мм в балке БН П I 2 не вызвало ее преждевременного, разрупения. Такое явление, характерное для канатного армирования, отмеченное и другими авторами ( Габрусенко В.В. ), должно быть отражено в нормативных документах по контролю прочности, трещиностойкости и жесткости предварительно напряженных железобетонных конструкций. Деформации в арматуре образцов БП П I I, БН П I I достигали £5 = О,83+0.то есть совпадали с деформациями при условном пределе текучести. 3 балка; БН П I 2 деформации арматуры » 0,88% были выла, чей при условном пределе текучести по диаграмме. Предельные деформации в краевом волокне сжатой зоны бетона достигали в опытных образца* БП П I I, БН П I I величин 2,4+2,6%о и балке -БН П I 2 вьи в 4,0456«, .

Пооле достижения в бетоне сжатой зоны вышеуказанных деформаций раокрылись наклонные трещины до сс^с = 2-3 мм, при одновременном увеличении раокрытия нормальных трещин.-

Разрушение балок произошло в сжатой зоне бетона от изгибающего момента и поперечных сил. Разрушению образцов предшествовал процеос интенсивного образования лещадок на верхней и боковых граниях образцов. В опытнш образце таврового сечения БП Т 2 I разрушение произошло одновременно в сжатой зоне бетона и от разрыва арматуры . в зоне частого изгиба, при" предельной краевой деформации бетона о учетом нисходящей ветви бьч = 7,7б?6о и деформации в арматуре

в з,92$. В балках БН Т 2 I, БН Т 2 2 деформаций в арматуре :• доотигли £3 в 2,21*2,4^5, близких к разрыву по диаграммам арматуры. В сжатой зоне бетона деформации в момент разрушения достигали величины £ьи - 6,41+6,6%? .

Следовательно, можно сделать вывод, что исчерпание несущей опособ-ности испытанных балок произошло по нормальным сечевиям о доотижв-ни и предельных значений по прочности бетона я аркатуры, вледует отметить основные два вида раэрупения:

1) по нормальному сечению от изгибавшего момента;

2) по наклонному сечению от изгибающего момента.

Второй вид разрушения проявляется пооле того, как реализуется первый вид. Теоретически, предельный изгибающий момент по нормальным сечениям всегда будет меньше изгибающего момента ко наклонному сечению при общей точке вращения сечений аа счет вкдюченмяв наклонном сечении предельных значений усилий в хоуухах и увеличения плеча внутренней пары в продольной арматуре по сравнению о.плечом в . нормальном сечении. ' V .

Опытные значения предельного изгибающего момента практически совпали с расчетными значениями ( исходя из фактического напряжения

в арматуре и призменной прочности бетона Опытные значения предельного изгибающего момента по сравнению о расчетными по нормам СНиП 2.ОЗ.01-84* ( нормативное сопротивление арматуры и фактическая призменная прочность ) оказались выше для образцов таврового сечения на 21*24$, для образцов прямоугольного сечения в пределах 14*32,5%.

■3 опытных образцах уровень момента образования трещин Цслг /Н'й находится в пределах 0,55*0,65.

В опытных образцах БП Т 2 I (обрззцы таврового сечения яа бетона на портландцементе) трещины образовывались при Ч^п " 36,5 кН м, в обрагцах БН Т 2 3, БН 12 2 (образцы таврового оеченяя из бет м на напрягающем цементе) при II« 39,5 кН м. . В образцах БП П I I ( образцы прямоугольного оаченяя иа бе*ова № портландцемвя*в ) трещины появились при Мсл. ■ 54 кН к, е в образцах БН П I I, БН П I 2 ( образцы прямоугольного оечвния из бетйиа

- яэ -

на напрягающей цементе ) при Иск ~ 56.5 кН и. На момент образования трещин If etc повлиял вид вяжущего, т.е. потери усилия обжатия и сопротивления бетона на растяжение. Опытные значения момента образования трещин Mcw для образцов таврового сечения из бетона на запрягающем цементе оказались больше, чей для балок из бетона на портландцементе на 7,655, для балок прямоугольного сечения на 14,8%, Соответственно напряжения в арматуре при применении напрягающего цемента ( НЦ } оказались выше для балок ¿мврового сечения на 6%, балок прямоугольного сеченая на 20%. Для всех балок опытные значения монента образования трещин оказались меньше расчетных ( фактическое сопротивление бетона на растяжение и усилия обжатия После полных потерь ) для балок* таврового оечения на 5,4*7,5%, для балок прямоугольного сечения на 14+20,2%. Сопоставление опытных значения момента образования трещин с нормами СНиП 2.03.DI-84* ( нормативное сопротивление бетона на растяже-Bhe и фактическое усилие обжатия пооле польных потерь ) показало что они больше для балок таврового сечения на 12-19%, для балок прямоугольного сечения на 6-13%.

Раокрытие трения в нормальных оечениях к продольной оси элемента, в образцах БП Т 2 I достигало величин Лс/е = 0.25 мм при Чет е 46 кН м, при этом приращение напряжений в арматуре ооставило <5*s = 264,0 ИПа. В образцах БН Т 2 I, БН Т 2 2 при Ыс^с " 52 кйм, приращение напряаений в арматуре составляло « 267 МПа. В опытных образцах таврового оечения из бетона на портландцементе •и на напрягающем цементе раскрытие трещин возрастало пропорционально напряжению в арматура 6"s •

Сопоставление опытных значений по раскрытию трещин й^. в приращению напряжений в арматуре 6s 0 Расчетными значениями для образцов таврового оечения БП Т 2 I, БН Т-2 I а БН Т 2 2 оказались меньше на 45-58%*- .

Балки БН Т 2 2 испытывали двумя циклами загрузки - разгрузки. Образец таврового сечения БН Т 2 2 загружали до раскрытия трещин Осъ - 0,25 мм. При этой кагруаке балку выдерживали 30 минут потом разгружали до мо^еВта образования первых трещин. Б опытных образцах таврового сечения из бетона на напрягавшем цементе трещины закрывались и на были видны деже через трубку Бринеля.

Сопоставление-опытных значений моментов при закрытии трещин с расчетными значениями превышает 100%.

Выгибы опытных образцов таврового и прямоугольного сечения сразу после передачи усилия обжатия составляли для образцов из бетона' на портландцементе 2 мм, т.е. были на 16$ меньше образцов иг бетона ца напрягающем цементе. Выгибы опытных образцов за время выдержки до испытания внешней нагрузкой увеличились и составили для балок на портландцементе 2,18-2,27 мм, на напрягающем цементе 2,58-2,65 мм, т.е. больше на 16,7%.

Прогибы опытных образцов таврового и прямоугольного сечения из бв' тона на напрягающем цементе больше чем из бетона на портландцементе: при образовании трещин на - 7,3%, при раскрытии трещин на -56,0%, перед разрушением -'совпадают ( для балок таврового сечения).

Опытные значения прогибов при раскрытий трещин для всех образцов больше расчетных значений в пределах 22,5-61,5%. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Сопоставление результатов лабораторных испытаний ханата К 19 в агрегатном соотоянии и контрольных заводских попроволочных йот тений показало, что последние дают завышенную оценку прочностных характеристик каната на - по разрывному усилию и 5% - по усилию уоловного предела текучести.

2. Фактические прочностные характеристики девятнадцатипроволочных

канатов диаметром 14 им о надежностью не менее 0,975 обеспечивают выполнение соответствующих требований ГОСТ 13840-68* к арматурным квнахан К 7 диаметром 15 мм.

Это позволило в разработанном проекте технических условий назначить браковочные величины разрывного усилия и усилия при урловном пределе текучести на уровне названного стандарта.

3. Установлено, что потери напряжений от релаксации в исследуемых канатах обеспечивают выполнение соответствующего требования ГОСТ 13840-68® ( не более В% при бзр = 0,7би за 1000 часов )

' о надежностью более 0,99.

4. Проведено сопоставление уровней качественных показателей отечественных девягнадцатипроволочных канатов с аналогичной продукцией Ведущих промшленнй развитых стран: Великобритании ( фирма

Германии ( фирма "А/ер^п" ), Японии ( действующий стандарт й 3536-88 ).

-Установлен»), что прочностные и реологические характеристики канатов по разработанному проекту технических условий.соответствуют лучшш зарубежным аналогам.

5. Применение в строительной практике канатов по предлагаемому проекту технических уоловий, взамен действующих ТУ 14 4 22 71,

а также при прямой замене канатов класса К 7 диаметром 15 мы » • позволит-получить экономию высокопрочной напрягаемой стали,'в том чиоле: 8,4% - за очет повыпония браковочного минимума условного предела текучеоти, являющегося, согласно СНиП 2.03.01-84* , , базовой величиной для назначения расчетных и нормативных сопротивлений И 2,65? - за ачет снижения потери напряжений от релаксаций.

6. Накопленной в строительной практика опыт применения канатов К 19 диаметром 14 мы позволил установить, что их использование взамен квнатов К 7 диаметром 15 мм обеспечивает снижает трудоемкость арматурных работ и соответствующих трудозатрат до 6%, за

счет снижения их конструктивной жесткости,

7. В исследованиях использован бетон на напрягавдем цементе клаооа НЦ 10 активностью 42 Ш1а Усть-Каменогорского цементного завода. Класс бетона по прочности составил В 40, самонапряжение в среднем равно 1,4 ЫПа, расход цемента составил 350 кг/м3.

Получены положительные результаты применения такого бетона в сочетании с арматурными канатами, изложенные ниже.

8. Максимальные опытные значения длины зоны передачи усилий предварительного напряжения от торца элемента в образцах из бетонов на портландцементе и на напрягающем цементе одинаковы и находиться в пределах 800-1000 мм; по сравнению о расчетными значениями, подсчитанными по различными методикам они оказались:

- по СНиП 2.03.01-84* меньше на 10%.

- по величине втягивания арматуры в бетон при = 3,25 для образцов таврового сечения меньше на 1%%..для образцов прямоугольного сечения больше на 5%, при Л = 3,0 для образцов таврового сечения меньше на 16%, для образцов прямоугольного сечения меньше 3%.

- по американским нормам / АС1 318 83 / больше на 18%.

Поэтому до накопления дополнительных опытных данных следует сохранить без изменения принятые в СНиП 2,03.01-84* зависимости определения длины зоны передачи усилия для арматурных канатов К 19 диаметром 14 им и е случае использования бетонов на напрягающем цементе.

9. Установлено, что максимальная величина втягивания арматуры в бетон О-о для испытанных образцов при передаточной прочнооти

27-35 МПа и предварительном напряжении 1400 Ш1а нахо-

дится в пределах 1,20-2,15 мм.

Величины втягивания арматурных канатов класоа К 19 диаметром 14 им, по сравнению о канатами класса К 7 диаметром 15 ми ( при одинако-

вых значениях передаточный прочности бетона &>р = 28 МПа и предварительной напряжении бкр ~ 1200 МПа ) оказалиоь в средней на 50% меньше.

10. При передаче уоилий предварительного напряжения на бетон минимальное значение передаточной прочнооти бетон р'екомендуетоя принимать равным 20 Ш1а.

Следует также дополнительно учитывать длину анкеровки каната прн нзгибе балок до разруоения в размере 50 см. }Н. Опытные значения потерь уоилий обжатия от предварительного напряжения в образцах на бетона на портландцементе ооставили 20%, на напрягающем цементе 15,5%, т.е. было на 29% меньше,, Опытные значения потерь уоилия обжатия оказались меньше расчетных по СНеП,2^03.01-84я в образцах из бетона на портландцементе на 16,6% и в образцах на напрягающем цементе на 8,8%.

12. Втягивание канатов К 19 в торец бетона на 6-8 мм при иопытания ТУалок до разруоения на вызывает появления горизонтальных трещин раскалывания и преждевременного выхода конструкции из отроя.

Это обстоятельства указывает на необходимость внесения уточнения в ГОСТ 8829-85 в Которой без должного обоснования допустимое втягивания арматуры ограничено величиной 0,2 мм для всех вид^в арматуры.

13. Формула СНяЛ 2.03.01-84* для расчета аирины раскрытия нормальных к продольной оси элемента трещин для папего случая ( канаты

К 19, бетон на напрягающем цементе ) мало пригодна т.к. приводит •к результатам оущеотвеяно отличил; от опытных данных. . Поэтому до разработка новой зависимости с достаточной осторожностью, значение коэффнцента /7 в формуле пори следует принимать равным единице.

14. Выполненный коиплеко исследований указывают на целесообразность применения-бе?она на напрягающем цементе при.армирования

предварительно напряженных конструкций армированных канатами воего действующего сортамента.

Содержание диооергация опубликовано а оледуюив! работа : Нешввчеокие я реологические свойства арматурных канатов кдаооа К 19 промышленного производства / Короткий A.C., Садырбаев К., Петровокий В.М. / Бетон и желеаобетон. 1992. МО, С. 24-25.