автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Стеклопластбетонные покрытия облегченного типа

) од

ДПР 1303 ПОЛТАВСКИЙ Иг2ЕНЕРНО-С1?ОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

СПКРАВДЕ Карина Витальевна

УДК 624.074.415+624.016

СТШОПМСТБЕТШШЕ ПОКРЫТИЯ ОИШГЧЕННОГО ТИПА

Специальность 05=23.01 - строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации ка соисканиз ученой степени кавдцаата технических наук

Полтава - 1993

Работа выполнена в Харьковском инженерно-строительном институте

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор А.Л.Ыагин

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Э.Д.Чихладзе

- кандидат технических наук, профессор В.П.Пустовойтов

Ведущая организация - КиевЗНШЭЛ, г.Киев

Защита диссертации состоится "_] Ь" а орел £ 1993 г. часов на заседании специализированного совета

К 068.46.01 "Строительные конструкции^ здания и сооружения" при Полтавском инженерно-строительном институте по адресу: 3I460I, г.Полтава, проспект Первомайский, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат просим присылать на имя ученого секретаря в двух экземплярах, заверенные печатью.

Автореферат разослан " Е> " MQ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент Q; В.А.Бовдарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рациональный выбор покрытий во многом определяет эффективность конструктивных решений зданий в целом. Поэтому создание легких конструкций покрытий с высокими эксплуатационными показателями и широкими функциональными возможностями представляет важную задачу, особенно в условиях острого дефицита леса на Украине.

Одним из главных направлений в решении указанной задачи является применение конструкций покрытий на основе полимерных композиционных материалов, превде всего стеклопластиков. Они обладают высокой прочностью, малой массой, коррозионной стойкостью, не-магнитностьга, радиопрозрачностью и другими ценными эксплуатационными свойствами.

Однако высокая стоимость и дефицитность предопределяют необходимость поиска конструктивных решений, в которых расход стеклопластика был бы сведен к минимуму, а наиболее нагруженные элементы покрытий выполнялись из армированного бетона и других традиционных для строительства материалов без ущерба для эксплуатационных и функциональных показателей покрытий. Развитие данного перспективного направления ввиду его малой изученности требует проведения дальнейших экспериментально-теоретических исследований и конструкторско-технологических разработок.

Целью работы является создание, исследование и внедрение стеклопластбетонных покрытий облегченного типа из намотанных тонкостенных пространственных стеклопластиковых панелей и стеклопластбетонных ригельных элементов, разработка принцппоз их рационального формования и методики расчета с учетом особенностей деформирования материалов и конструкции в целом.

Автор защищает:

- разработанные типы покрытий из стеклопластиковых и армиро-

ванных бетонных элементов, отличающихся малой массой, коррозионной стойкостью и .другими ценными эксплуатационными свойствами;

- принципы формования методом намотки стеклопластиковых панелей с рациональной структурой армирования, на различных полимерных связующих и экспериментально установленные закономерности деформирования получаемых материалов при различных видах напряженного состояния;

- предложенный оптимизированный состав полимерцементного бетона и температурный режим отвервдения, экспериментально выявленные закономерности его работы при кратковременном и длительном действии нагрузки;

- пречложенше способы повышения сцепления бетона и отверж-денного стеклопластика в целях обеспечения их совместной работы;

- разработанную методику расчета стеклопластбетонного покрытия, учитывающую конструктивные особенности элементов и реальные диаграммы деформирования материалов;

- данные экспериментальных исследований работы конструкций покрытия;

- результаты внедрения разработанных конструктивных реиений и методик расчета.

Научная новизна работы:

- создан и исследован новый тип покрытия из стеклопластиковых и бетонных элементов, разработан* научные основы рационального их конструирования в зависимости от характера экспдуатационшх воздействий;

- разработана методика расчета предлагаемого покрытия с учетом физической, геометрической нелинейности и конструктивных особенностей;

- предложен новый состав полимерцементного бетона с повышенной прочностью на растяжение при изгибе, на который получено по-

лсаительное решение на иддачу патента; экспериментально установлены и описана закономерности его деформирования при различных видах напряженного состояния;

- разработаны и экспериментально исследованы способы обеспечения совместной работы стеклопластика и различных ввдов бетонов в изгибаемых элементах;

- экспериментально изучены особенности работы предложенной конструкции при кратковременном и длительном нагружении.

Практическое значение работы состоит в том, что предлагаемое конструктивное решение покрытия, экспериментально полученные данные о деформативно-прочностных свойствах новых типов стеклопластика и полимерцементного бетона, а тагане разработанные методика и комплекс программ для расчета элементов на ЭВМ открывают перспективы его широкого внедрения в практику строительства объектов сельскохозяйственного назначения и различных отраслей промышленности. Особенно эффективно применение разработанного типа покрытия при реконструкции зданий и сооружений.

Диссертационная работа является частью комплекса исследований по заданию 02.05 Республиканской программы РН 55.08.Ц "Материалоемкость".

Реализация работы. Результаты настоящей работы внедрены при строительстве корпуса Мерефянского /Харьковской области/ стекольного завода имени Г.И.Петровского и в проектах 4-х этажных крупнопанельных жилых блок-секций на базе серии 176, выполненных институтом "Харьковпроект".

Апробация работы. Основные положения диссер -тационной работы докладывались и обсувдались на Всесоюзной конференции "Технологические проблемы прочности несущих конструкций" /Запорожье, 1991 г./, Республиканских научно-технических конфе-

ренциях "Исследование работы и применение в строительстве эффективных элементов конструкций" /Ровно, 1990 г./, "Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве" Дорьков, 1987 и 1991 гг/, на научно-технических конференциях ХИСИ 1986-1992 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в десяти печатных работах, получено положительное решение о ввдаче патента по заявке № 4935085/05 (019942) .

Обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 139 наименований и приложений. Работа содержит 137 страниц основного текста, 91 рисунок, 7 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проведенный анализ существующих конструктивных решений покрытий облегченного типа показывает, что использование в них полимерных композиционных материалов находит достаточно широкое применение в отечественной и зарубежной практике.

Вопросам конструирования и расчета стеклопластиковых конструкций, разработке технологий изготовления и исследованию их свойств посвящены работы В.И.Альперина, Н.А.Алфутова, В.В.Болотина, И.И.Гольденблата, А.Б.Губенко, В.В.Гурьева, Г.Я.Клятиса, А.Д.Легатта, А.М.Скудры, В.И.Сытника, Ю.М.Тарнопольского, A.M.Чистякова, Э.Д.Чихладзе, О.Г.Цыплакова и других.

Анализ показал, что можно условно вьщелить два основных направления: покрытия, выполненные исклшительно из полимерных материалов, превде всего из стеклопластиков, и покрытия комбинированного типа. ■

Главными факторами, сдерживающими широкое применение стеклопластиков, являются их высокая стоимость и дефицитность. Поэтому целесообразно создание комбинированных систем, в которых относи-

тельно мало напряженные пространственные элементы из полимерных композиций сочетаются с несущими элементами из традиционных материалов /дерева, металла, железобетона/. Однако применяемые в практике конструктивные решения покрытий не обеспечивают пространственную, совместную работу стеклопластика и ригельного элемента.

Стеклопластиковые панели в основном изготавливаются методами контактного формования или прессования, что не позволяет в полной мере использовать возможности стеклопластика, так как структура армирования не всегда соответствует характеру напряженно-деформированного состояния конструкции. Более эффективным в этом плане является метод намотки. Однако он не нашел распространения при изготовлении конструкций покрытий.

В сочетании со стеклопластиком в последние десятилетия начали эффективно применяться элементы из цементных, полимерцементных и полимерных бетонов. Разработке таких конструкций, методов оценки их напряженно-деформированного состояния и несущей способности посвящены работы И.Н.Ахвердова, В.М.Бондаренко, С.С.Давздова, А.П.Кудзиса, К.В.Михайлова, Н.А.Мощанского, В.П.Пустовойтова, А.В.Саталкина, В.И.Соломатова, Н.П.Фролова, Ю.С.Черкинского, А.Л.Шагина и других. Однако в конструкциях покрытий такое сочетание материалов встречается довольно редко.

В соответствии с изложенным в диссертации определены и сформулированы задачи настоящих исследований.

Предлагаемые конструкции облегченного типа состоят из пространственных панелей, выполненных из композиционных волокнистых материалов, и бетонных ригельных элементов с внешним и внутренним армированием /рис. I/.

Данное конструктивное решение покрытия обеспечивает совместную работу стеклопластиковой панели и ригельного элемента, так

Рис. I. Конструктивное решение покрытия

1 - тонкостенная панель,

2 - стеклопластбетонный ригельный элемент

Рис. 2. Предлагаемые типы панелей покрытий

а - складчатая, б - оболочка двоякой кривизны, в - комбинированного типа I - бортовой элемент, 2 - продольное ребро, 3 - торцевая диафрагма

б.

Рис. 3. Конструктивные решения ригельных элементов

а - монолитный, б - сборно-монолитный, в - сборный; I - бортовой элемент, 2 - бетон замоноличивания, 3 - арматурный каркас, 4 - тяа, 5 - стеклопластико-вое днизе, 6 - дискретная арматура, 7 - полимерце-ментный бетон

в

как бортовой элемент панели одновременно является внешним армированием ригельного элемента, а часть примыкающей к нему стекло -пластиковой оболочки, являющейся продолжением внешнего армирования, включается в работу в продольном направлении в составе сжатой ссьи ригельного элемента.

СтеклолластикоЕая панель покрытия может быть выполнена односкатной - а Еиде цилиндрических оболочек или призматических складок с бортовыми элементами, а также двускатной - из оболочек . двоякой кривизны /рис. 2 а,б/.

Разработаны конструкции, содержащие продольные ребра, прифор-мованные к бортовым элементам панели, и поперечные торцевые диафрагмы из полимерцементного бетона /рис. 2 в/.

В зависимости от конструктивных решений панелей ригельный элемент может быть решен в монолитном, сборно-монолитном и сборном вариантах /рис. 3/.

Ригельные элементы располагаются меяду бортовыми элементами смежных стеклопластиковых панелей, объединенных между собой при-формованным стеклопластиковым днищем, ¡-¡аличие стеклопластика обеспечивает защиту бетона ригельного элемента от воздействий агрессивных сред, а для монолитного варианта образует неудаляемуя стеклопластиковую опалубку. Трехстороннее внешнее армирование ригельного элемента значительно повышает его прочность, жесткость и трещиностойкость.

Панель покрытия изготавливается методом намотки, что позволяет получить стеклопластик с достаточно высокими деформативно-проч-ностными показателями и структурой армирования, максимально соответствующей характеру действующих усилий. В этих целях предусмотрено использование различных способов намотки, включая и их сочетания.

Выбор схемы армирования основывается на анализе напряженно-

деформированного состояния конструкции. Так, для длинных оболочек /складок/ превалирующим является поперечное армирование, поэтому наиболее рациональным можно считать способ намотки нетканой лентой /ИМ/. Для оболочек короткой и средней длины целесообразно применение косого перекрестного армирования /КПА/ с рациональными углами намотки.

Разработанная технология формования предусматривает использование различных полимерных связующих, выбор типа которых основывается на эксплуатационных требованиях. В настоящей работе впервые в практике для изготовления стеклопластика методом намотки была использована дешевая и доступная на Украине водорастворимая фенолоформальдегвдная смола. Экспериментально подобран резким отвервдения, позволяющий получать достаточно прочные фенольные пластики с однородной структурой, а также достигнуть высокой степени отвервдения, то есть получить экологически приемлемый материал.

Исследования деформативно-прочностных свойств предложенного стеклопластика проводились на плоских образцах, вырезанных из изготовленной на намоточной машине ХИСИ стеклопластиковой оболочки структуры КПА вдоль каждой из двух осей упругой симметрии. Было испытано 4 серии образцов на растяжение и две серии на сжатие -под углами 15° и 75° к нацравлению армирования. Варьировались площади поперечного сечения образцов. Испытания образцов на растяжение под углом -15° проводились на машине УИМ-50, а под углом 75° и на сжатие - на силовой установке Р-5. Деформации по направлению растягивающих усилий измерялись индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм и базой 110 мм, а в поперечном направлении - с ценой деления 0,001 и базой 50 мм. Деформации измерялись также электротензодатчиками с базой 50 мм /при растяжении/ и 10 мм /при сжатии/, показатели которых фиксировались автоматиче-

ским измерителем деформаций АВД-4.

Прочность стеклопластика при растяжении вдоль направляющей составила 90 УДа, вдоль образующей - 19,4 МПа, при сжатии - соответственно 44 и 10 Ша. Несмотря на то, что прочностные характеристики существенно ниже, чем у эпоксидных стеклопластиков, доступность и более низкая стоимость делают целесообразным использование намотанных фенольных стеклопластиков.

В целях обеспечения совместной работы отвервденного стеклопластика и бетона ригельного элемента разработаны следующие мероприятия: выполнение бортового элемента периодического профиля, используя специальную конструкцию оправки; нанесение перед отверждением на наружные поверхности бортовых элементов панелей щебня и песка для создания иероховатой поверхности; использование при изготовлении ригельного элемента полимерцементных и полимерных бе-гонов.

В работе оценивалось влияние искусственно созданной шероховатой поверхности на сцепление бетона с отЕернденным стеклопластиком. Исследования проводились на образцах-призмах из цементного и полимерцементного бетонов с двухсторонним внешним стеклопласти-ковым армированием без обработки поверхности и с нанесением на стеклопластик песка и щебня. Образцы испытывались на изгиб с передачей нагрузки через пластину непосредственно на бетон, не нагружая при этом стеклопластиковые боковые стенки образца. Прочность образцов из цементного бетона с внешним армированием из стеклопластика с необработанной поверхностью повысилась только на 19 %, что указывает на невысокое сцепление, в то время как у образцов с нанесенным на стеклопластик песком - в 2,2 раза, а щебнем - в 2,9 раз, что свидетельствует о включении в работу совместно с бетонным сечением внешнего стеклопластикого армирования. Аналогичным образом проведены исследования связи полимерцементно-

го бетона со стеклопластиком. При этом в качестве связующего /помимо цементного вяжущего/ для бетона принята водорастворимая смола того же типа, что и для изготовления стеклопластика. Прочность образцов с боковым армированием в 5 раз выше по сравнению с неар-мированными, в 6 и 6,7 раза при нанесении соответственно песка и щебня, что свидетельствует о высоком сцеплении полимерцементного бетона со стеклопластиком и включением в его работу внешнего армирования.

Облегчение покрытия может быть достигнуто и за счет уменьшения сечения ригельного элемента, что возможно при использовании для его изготовления различных бетонов на полимерной основе. В результате проведенного анализа в работе предложен состав высокопрочного полимерцементного бетона на основе фенолоформалвдегидной смолы С5Ж-305 /ГОСТ 20907-78/, разработан температурный режим отверждения. На данный состав получено положительное решение на выдачу патента.

Используя теорию математического планирования экспериментов, был подобран состав полимерцементного бетона, оптимальный по прочности на растяжение при изгибе: цемент - 17,4 %, песок -16,7 %, щебень - 41,7 %, смола - 16,1 %, вода - 8,1 %, который и был принят для дальнейших исследований.

Полимерцементный бетон испыгывался на осевое сжатие /кубы 100x100x100 мм и призмы 40x40x160 мм/, на осевое растяжение /восьмерки сечением 50x50 и длиной рабочей зоны 250 мм/, а также на растяжение при изгибе /балки 20x50x500 мм/.

Получены следующие прочностные показатели полимерцементного бетона оптимального состава: кубиковая прочность - 35 МПа, приз-менная прочность - 30,8 МПа, на растяжение - 7,4 МПа, на растяжение при изгибе - 10,5 МПа. Диаграммы деформирования образцов приведены на рис.4. Деформирование носит нелинейный характер и для

СГр.МПо

а.

¿¿У

40

за 1 У

20 г

ю /

<5Р-/о=

кОО 200 О 20 О ¿(00 60О

СГР1,мпс

б.

• •(О

г - \ & /

\

2 /

1

1ао 5°

50 <0 а <5°

Рис. 4. Диаграмм« деформирования полимерцементного бетона а - при сжатии, б - при растяжении; I - в продольном направлении, 2 - в псперетшом направлении

В

с/

СГс,

гт

"ЛЧ

ЦД

ХЛ—^ч

Рис. 5. Напряженно-деформированное состояние сечения сборно-монолитного ригельного элемента до момента трещинообразования

его описания использована зависимость В.М.Бовдаренко, определены входящие в нее параметры нелинейности.

На длительное действие сжимающей нагрузки испытывались образцы-призмы размером 40x40x160 мм в пружинных установках при уровнях 0,3; 0,5; 0,7; 0,8 и 0,9 от величины кратковременной разрушающей нагрузки. Деформации ползучести при эксплуатационных уровнях развивались интенсивно первые трое суток, затем рост их уменьшился и через 1-1,5 месяца они практически затухли. Предел длительной прсн-ности составил 0,8 от величины сопротивления при кратковременном нагружении.

В четвертой главе представлена разработанная методика расчета стеклопластбетонного покрытия облегченного типа. С достаточной для инженерных расчетов точностью она построена на раздельном рассмотрении работы стеклопластиковой оболочки /складки/ и ри -гельного элемента, но с включением в его сечение части стекло -пластиковой панели, цркмыяашей к нему. Помимо этого в расчете учитываются следующие особенности: при изготовлении панели методом намотки нетканой лентой стеклопластик в поперечном направлении работает упруго, а в продольном - нелинейно; так как толщина панели мала по сравнению с размерами в плане, то конструкция обладает достаточно высокой гибкостью. Таким образом, в расчете должны учитываться ортотропия и физическая нелинейность в продольном направлении, а также геометрическая нелинейность.

Физическая сторона задачи линеаризовывалась, а геометрическая нелинейность учитывалась непосредственно в самих уравнениях деформирования оболочки. Линеаризация физической стороны осуществлялась применением метода последовательных приближений, в про -цессе которых уточняются напряжения в оболочке и соответствующие им значения секущих модулей деформаций Е^. Это позволяет на каждом шаге итераций расчет физически нелинейно деформируемой обо -

л очки свести к расчету эквивалентной линейно деформируемой конструкции с переменным по поверхности секущим модулем деформаций в продольном направлении и с постоянным - в поперечном.

В общем случае гибкой пологой оболочки двоякой кривизны деформирование было описано системой дифференциальных уравнений 4-го порядка в частных производных.

В строительстве чаще всего в покрытиях из полимерных композиционных материалов подобного типа используются длинные оболочки, для которых расчет значительно упрощается и уравнение имеет вид

ЗУ . В'Еу Э Ш. «.'Э^иЗГ.в + ч /т\

5 42.(4-4^ ^ Э^ Я [ 4

где Т)^ - изгибная жесткость в поперечном направлении; <? -толщина оболочки и"4^- коэффициенты поперечных деформаций; иЗ" - функция прогиба; б - напряжения в срединной поверхности вдоль направляющей; К. - радиус цилиндрической панели.

Зону стеклопластиковой панели, которая работает совместно с ригельным элементом и может быть включена в состав его расчетного сечения, с определенной степенью точности представляется возможным принять в запас равной зоне краевого эффекта и определять по зависимости С.А.Амбарцумяна.

Анализ показал, что зона включения о может быть продлена до точки, в которой изгибающий момент в панели в поперечном на -правлении меняет знак. Так, для длинной цилиндрической оболочки она определяется из уравнения

ЬЯ м

г

где -А ¿^/ЗХ)'; Ь _ ширина вдоль дуги.

Разработана инженерная методика расчета складки, основанная на рассмотрении рамы-полоски единичной ширины, вырезанной из складки в поперечном направлении. Ввиду большой гибкости складки в указанной методике расчета учтена деформированная схема.

Разработана методика расчета ригельного элемента, учитывающая нелинейность деформирования бетона и стеклопластика, переменность по высоте ширины сечения и включение в сжатую зону части стеклопластиковой оболочки, примыкающей к ригельному элементу. В ней приняты следующие исходные предпосылки и допущения: считается справедливой гипотеза плоских сечаний; соблюдается условие совместности деформаций сжатого бетона и стеклопластика на всем диапазоне нагружения; после появления трещин все растягивающее усилие воспринимается внешней и внутренней арматурами; в сжатой и растянутой зонах эпюры напряжений бетонов имеют нелинейный характер и описываются зависимостями В.Ы.Бовдаренко; аналогичным образом описываются зависимости для стеклопластика структуры НЛА; в расчетное сечение вводится-дополнительно часть стеклопластиковой оболочки, напряжения в которой принимаются постоянными и приложенными на уровне крайней сжатой фибры бетона /рис. 5/.

Уравнение для определения высоты сжатой зоны приводится к

ввду

+ £ =0, (з)

где Л - ЕЬр-Ьр /ЕрМ _ \ .

£<5

г Ь-О-Ьо с

^ «"Ч-

4- Ь +

рЧ'

л

Напряжения в крайней сжатой фибре бетона где г

л./ ^ ) .гс

(4)

+

(5)

-V

вели-

Здесь , , Е р^ , , , Е , Е&С- и Ес -

чины модулей деформаций соответственно сжатого и растянутого цементного бетона, полкмерцеменхного бетона, стеклопластика и стальной арматуры; п<з , п^ показатели нели-

нейности эпяр напряжений соответственно сяатого и растянутого бетона, полимерцементного бетона и стеклопластика.

На каздсм шаге итераций задача линеаризуется введением в расчет значений секуцих модулей деформаций, соотзстс?:;угетх напряженному состояния, вызванному заданным нагружением.

В процессе перебора нагрузок /построения диаграммы состояний/ для кавдого уровня нагружения, кроме определения напряжений, производится оценка прогибов и наличия трещин в растянутой зоне. Та- . ким образом, расчет ригельного элемента выполняется одновременно по двум группам предельных состояний.

На основании имеющегося расчетного аппарата разработана программа для ЭВМ, с использованием которой проведены численные исследования по оценке влияния различных факторов на несущую способность ригельного элемента. Результаты указанных исследований являются основой для направленного подбора рациональных вариантов конструктивных решений ригельных элементов.

В целях изучения характера работы предлагаемой конструкции и оценки приемлемости разработанной методики расчета проведены испытания фрагмента покрытия /рис. б а/.

В процессе эксперимента были реализованы три схемы нагруже-ния: непосредстинно ригельного элемента полосовой нагрузкой, всего фрагмента покрытия равномерно распределенной нагрузкой с выдержкой в течение суток, разгрузкой и последующим нагружением ригельного элемента до исчерпания несущей способности.

В испытаниях фиксировались продольные и поперечные деформации и перемещения складки и ригельного элемента тензорезисторами с базой 50 мм, индикаторами часового типа с ценой деления 0,001 мм и прогибомерами Аистова с ценой деления 0,01 мм, установленными с внутренней стороны панели /рис. 6 б/. Получены эпюры деформаций стеклопластика в продольном направлении по длине поперечного сечения /рис. 7/, позволяющие сделать еывод о том, что при нагружении полосовой нагрузкой непосредственно ригельного элемента в работу включается практически все сечение складки. При нагружении равномерно распределенной нагрузкой имеются участки в прилегающих к ригельнсму элементу зонах сечения складки с практически равными

Рис. б. Испытание фрагмента покрытия

а - схема нагружения эксплуатационной нагрузкой, б - схема расположения измерительных приборов; • - прогибомеры, | и + - тензодатчики, о— - индикаторы часового типа

5,зим

Рис. 7. Эпюры прогибов стеклопластиковой складки

а - в поперечном направлении, б - в продольном направлении

а.

б. о^Щм* 23.(0-5 о.51 о.гчиН/м о.аиН/м1

о. 5Ч<Щнг

Рис. 8. Эпюры продольных деформаций в поперечном сечении складки а - при нагружении бортового элемента, б - при эксплуатационной нагрузке

деформациями. Длина этих участков, работающих совместно с ригель-ным элементом в продольном направлении, превосходит величину, полученную по формуле С.А.Амбарцумяна, и примерно соответствует длине участка сечения складки до точки перемены знака в эпюре изгибающих моментов. Эпюры прогибов в поперечном направлении /рис. 8 а/ подтвердили необходимость учета геометрической нелинейности: величина прогибов в 2-3 раза превосходит толщину стеклопластика. Выявленный характер эпюры прогибов складки в продольном направлении /рис. 8 б/ обосновывает возможность расчета стекло-пластиковой панели как длинной складки.

Анализируя выявленную закономерность работы конструкции в целом, можно вьщелить два характерных этапа. Первый продолжался до уровня нагружения равномерно распределенной нагрузкой, несколько большего, чем эксплуатационный, и полностью соответствовал разработанному расчетному аппарату. Второй этап начался на еле -дующей ступени нагружения после эксплуатационной, когда произошла потеря устойчивости складки и она, получив обратную кривизну, стала работать как мембрана. Это было предопределено специально подобранной толщиной складки.

Учитывая происшедшее изменение статической схемы, дальнейшее нагружение конструкции осуществлялось полосовой нагрузкой /чугунными грузами/ вдоль ригельного элемента. В качестве предельной была принята нагрузка, при которой величина прогиба составила 1/50 пролета конструкции, что соответствует классификации ГОСТ 8829-85.

При проектировании параметры складки и ригельного элемента должны подбираться таким образом, чтобы наступление предельных состояний в них происходило одновременно.

Отклонения между значениями прогибов ригельного элемента, полученными в эксперименте и в расчете по предлагаемой методике,

не превосходили 10-12 Таким образом, разработанная методика имеет вполне приемлемую для инженерных расчетов точность и может быть рекомендована к практическому применению.

Результаты работы внедрены в покрытии строящегося двухпро-летного /пролеты 12 и/ корпуса Мерефянского /Харьковской области/ стекольного завода и в проекте покрытия /пролеты б м/ чердачного этажа 4-х этажного крупнопанельного здания бескаркаского типа, разработанном институтом "Харьковпроект" на базе серии 176.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана конструкция стеклопластбетонного покрытия облегченного типа, состоящая из тонкостенных пространственных стеклопластиковых панелей в виде тонких цилиндрических оболочек, складок, оболочек двоякой кривизны, совмещающих несущие и ограждающие функции, и стеклопластбетонных ригельных элементов. Покрытие отличается малой массой, коррозионной стойкостью и позволяет перекрывать пролеты до 12 м.

2. Разработаны мероприятия по обеспечению совместной работы стеклопластика и бетона рпгельного элемента, заключающиеся в создании бортовых элементов периодического профиля, нанесении на поверхность бортовых элементов в процессе их формования щебня мелкой фракции /повышает несущую способность в 2,9 раза/, выполнении бортовых элементов из полимерцемоктного бетона /увеличивает прочность б 6,7 раза/. Дан:оде мероприятия позволяют включить в работу ригельнсго элемента бортопте элементы стеклопластиковых панелей, которые в итсм случае заполняют роль внешнего стекло -пластикового армирования.

3. Разработаны принципы получения методом намотки стекло -пластиковых панелей с рациональной структурой армирования, соответствующей характеру нэпрлженно-дефермироианкего состояния как

2а

самой панели, так и бортовых элементов.

Подобранный режим отверждения композиции на основе фенолофор-мальдегвдной смолы обеспечивает соответствие по содержанию летучих экологическим требованиям.

4. Исследованы деформативно-прочностные свойства и описаны закономерности деформирования получаемого стеклопластика.

Прочность стеклопластика структуры 1ША с углом намотки 75° при растяжении составила в продольном направлении 19,4 Ша, в тангенциальном - 90 Ша, при сжатии в тангенциальном - 44 Ша, в продольном - 10 МПа. Полученные результаты дают возможность, учитывая особенности предлагаемой конструкции, рекомендовать этот материал для изготовления панелей наряду со стеклопластиком на высокопрочной эпоксидной и полиэфирной смолах.

5. Предложен новый состав полимерцементного бетона для ри-гельного элементе методом математического планирования подобраны оптимальные соотношения компонентов для указанного состава: це -мент - 17,4 %, песок - 16,7 %, щебень - 41,7.%, смсла ОШ-305 -16,1 %, вода - 8,1 На предложенный состав получено положительное решение на вьщачу патента по заявке 4935085/05 (019942).

6. Экспериментально определены значения прочности предложенного полимерцементного бетона: при растяжении - 7,4 МПа, на растяжение при изгибе - 10,5 МПа, кубиковая прочность - 34 МПа, призменная - 30,8 КПа; установлены закономерности деформирования и определены параметры нелинейности: при растяжении 0,18;

2,25; при сжатии г]_Р = 0,37; тр = 1,73.

7. Разработана методика расчета стеклопластиковой части панели покрытия с учетом геометрической и физической нелинейности и конструктивной ортотропии.

8. Разработана методика и программа для ЭВМ расчета ригель-ного элемента с внешним стеклопластиковым и внутренним дискретным

армированием, имеющего переменную по высоте ширину поперечного сечения. Она учитывает реальные диаграммы деформирования материалов, участие стеклопластиковой панели в работе сжатой зоны ри-гсльпого элемента и позволяет в едином процессе выявлять моменты наступления различных видов предельных состояний.

9. Проведенные экспериментальные исследования фрагмента покрытия позволили установить закономерности работы его элементов при различных водах и режимах нагружения, выявить характер наступления предельных состояний и размеры зоны стеклопластиковой панели, включающейся в работу с ригельным элементом в продольном направлении. Эксперименты подтвердили приемлемость разработанной методики расчета: отклонения не превышали 10-12 %.

Ю. Результаты работы внедрены на Мерефянсксм стекольном заводе и в ГПИ "Харьковпроект".

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Сагин А.Л., Екимов B.L., Спиравде К.В. Комплексные плиты покрытия на основе стеклопластиков // Кнформ. лист./ХЦНТИ.- Харьков, 1986.- 86-118.- 3 с.

2. Ьагин А.Л., Олифиренко А.!.!., Спиравде К.З. Покрытия для неотапливаемых многопролетных зданий из полимерных композиционных материалов // Информ. лист./ХЦНТИ.- Харьков, 1986,- 36-119.-3 с.

3. Спиравде К.В., Яворская И.В., Сцдунова S.A. Стеклопласти-ковые покрытия для неотапливаемых зданий// Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве: Тез. докл. П Республ. научн.-техн. конф.- Харьков, 1987.- С. 89-90.

4. Спиравде К.В. Эффективные покрытия облегченного типа// Ресурсосбережение в проектировании и изготовлении бетонных и железобетонных конструкций: Тез. докл. Областной научн.-техн. кенф.-Харьков, 1983.- С. 42-43.

5. Спиравде K.B. Расчет ригельных элементов стеклопластбе-тонных покрытий //Совершенствование железобетонных конструкц::-;-., работающих на сложные вида деформаций, и их внедрение в строительную практику: Тез. докл. Республ. научн.-техн. конф.- Полтава, 1939.- С. I7I-I72.

6. Спиравде К.В. Методика расчета ригельных элементов комбинированного покрытия на основе стеклопластика и железобетона / Деп. во ВНИИЯТПИ,- 1990.- .»? 10320.

7. Нагин А.Л., Спиранде К.В. Стеклопластбетонное покрытие облегченного типа // Исследования работы и применение в строительстве эффективных элементов конструкций. - Ровно, 1990.- С. 40-41.

8. LiarHH А.Л., Спиранде К.В. Технология изготовления и расчет сочлененных конструкций из стеклопластика и армированного бетона'// Технологи-эские проблемы прочности несущих конструкций:

'Труды I Всесоюзной кон$.- Запорожье, 1991.-т.П.-ч.П.- С.369-374.

9. Спиравде К.В. Расчет ригельных элементов покрытия комбинированного типа //Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве: Тез. докл. Iii Республ. научн.-техн. конф.- Харьков, I991.- С. 60-61.

10. Спиравде К.В., Костюк Т.А., Ушкварок Э.Л. Полимерцемент-ные раствор и бетон для несущих строительных конструкций// Применение пластмасс в строительстве и городском хозяйстве: Тез. докл; Ш Республ. научн.-техн. конф.- Харьков, 1991,- С. II4-II5.

11. шагкн А.Л., Спиравде К.В., Ушкварок Э.Л., Старсдуб Т.К., Костюк Т.А. Полимерминеральная композиция// Положительное решение научно-технической экспертизы на вьщачу патента по заявке

4935085/05 (019942). - Москва, ВНИИГПЬ, 1993.

Ответственный за выпуск Стороженко Л.И.

Подписано к печати 23.02.93 г. Заказ . Тираж 50 экз.

Отпечатано в институте ХПСНИИП, пл. Свободы, 8