автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Трещиностойкость и деформативность растянутого железобетона с ненапрягаемой и напрягаемой стержневой арматурой, имеющей различную относительную площадь смятия поперечных ребер

На правах рукописи

ЦЫБА ОЛЕГ ОЛЕГОВИЧ

Трещиностойкость и деформативность растянутого железобетона с ненапрягаемон и напрягаемой стержневой арматурой, имеющей различную относительную площадь смятии поперечных ребер

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

К

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011г.

005016611

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона имени А.А.Гвоздева (НИИЖБ имени А.А.Гвоздева) - ОАО "НИЦ "Строительство"

Научный руководитель - к. т. н., с.н.с. Зикеев Леонид Николаевич

Официальные оппоненты:

- Крылов Сергей Борисович, д.т.н., ОАО «НИЦ «Строительство» - НИИЖБ,

зам. зав. лаборатории.

- Вильдавский Юрий Михайлович, к.т.н., с.н.с., ГОУ ВПО «Московский

государственный открытый университет», доцент кафедры.

Ведущая организация - ООО «Проектный институт №2»

Зашита состоится «27» марта 2012 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 303.020.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Открытом Акционерном обществе «Научно-исследовательский центр «Строительство» по адресу: 109428, Москва, ул. 2-я Институтская, д.6 (корпус 5, конференц-зал НИИЖБ им. A.A. Гвоздева).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НИЦ «Строительство». Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ОАО « НИЦ «Строительство». http:Ayww.cstroy.ru

Отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская, 6, ОАО «НИЦ «Строительство», отдел подготовки кадров Зикееву Л.Н. тел/факс 8(499)170-68-18, e-mail zikeev@cstrov.ru.

Автореферат разослан «27» февраля 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук

Л.Н. Зикеев

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Анализируя экспериментальные данные, можно прийти к выводу, что сцепление арматуры с бетоном является важнейшим фактором, определяющим работу железобетона как материала. Совместная работа бетона и арматуры в значительной степени зависит от вида поверхности арматуры. Влияние периодического профиля изучалось многими исследователями, которые предлагали различные методы учета эффективности периодического профиля арматурных стержней при определении прочности и жесткости сцепления. Так Г. Рэмом было предложено оценивать степень сцепления арматуры с бетоном с помощью, так называемой относительной площади смятия поперечных ребер ^ (критерий Рэма). В развитие этого подхода Н.М. Мулиным было предложено оценивать сцепление по отношению площади среза бетона между выступами к площади смятия бетона под выступами.

В настоящее время относительная площадь смятия поперечных ребер ^ используется в российских (ГОСТ Р) и зарубежных стандартах (Ш 10080) на производство арматуры как одна из браковочных характеристик периодического профиля, однако эта характеристика пока не нашла отражения в нормативных документах по проектированию железобетонных конструкций (СП, СНиП). В настоящее время нормы проектирования рассматривают стержневую арматуру только либо как гладкую, либо как арматуру периодического профиля, не учитывая различий в анкерующей способности применяемых профилей арматуры. Введение в нормы проектирования железобетонных конструкций учета дифференцированной величины ^ позволило бы более объективно оценить длину анкеровки арматуры в бетоне, длину зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон, деформативность и ширину раскрытия трещин железобетонных элементов.

Целью диссертационной работы является совершенствование методов расчета железобетонных конструкций в части определения шага и ширины раскрытия трещин в железобетонных центрально растянутых элементах, а также учета анкерующей способности стержневой арматуры с различными периодическими профилями при определении длины её анкеровки в бетоне и длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон.

Научную новизну составляют:

результаты экспериментальных исследований механических свойств термомеханически упрочнённой арматуры класса Ат800 с различными конфигурациями и размерами периодических профилей;

- опытные данные и выработанные на их основе рекомендации по расчёту длины анкеровки арматуры с различными значениями параметра Гк в бетоне;

- опытные данные и соответствующие рекомендации по расчёту длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон с учётом величины

- опытные данные о влиянии величины ^ на трещиностойкость и деформативность центрально растянутых железобетонных элементов в условиях значительных пластических деформаций арматуры;

- опытные данные и рекомендации по расчету шага и ширины раскрытия трещин в центрально растянутых железобетонных элементах с учетом величины ('я.

Практическая значимость полученных результатов. Выполненные исследования позволили оценить предполагаемое влияние на механические свойства арматурного проката класса Ат800 конфигурацию и варьируемые размеры стандартного периодического профиля с двухсторонним расположением серповидных ребер и нового профиля с четырёхсторонним расположением серповидных ребер. На базе комплекса экспериментальных исследований выявлена возможность дифференцированного подхода к определению длины анкеровки, длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон, шага трещин и ширины раскрытия трещин с учётом параметра

Экспериментально обоснованные рекомендации по расчёту с учётом параметра Гя дают возможность более дифференцированной оценки эксплуатационной надёжности железобетонных конструкций.

Результаты работы использованы при разработке СТО 36554501-005-2006* «Применение арматуры класса А500СП в железобетонных конструкциях» и при корректировке чертежей серии 1.011.1-10 в.1 «Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой». В результате было достигнуто уменьшение расхода продольной арматуры до 25%.

Результаты работы планируется использовать при актуализации СТО 36554501005-2006*, а также в пособиях к СНиП и других рекомендательных документах.

Достоверность результатов исследований обусловлена проведением экспериментов и обработки полученных результатов в соответствии с методическими требованиями государственных стандартов и рекомендациями НИИЖБ.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований механических свойств термомеханически упрочнённой арматуры класса Ат800 с различными конфигурациями и размерами периодического профиля;

- опытные данные и рекомендации по расчёту длины анкеровки в бетоне арматуры с различными значениями величины

- опытные данные и рекомендации по расчёту длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон с учётом величины

- опытные данные о влиянии величины на трещиностойкость и деформативность центрально растянутых железобетонных элементов в условиях значительных пластических деформаций арматуры;

- опытные данные и рекомендации по расчету шага и ширины раскрытия трещин в центрально растянутых железобетонных элементах с учетом величины Гц.

Апробации работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах:

- II Всероссийская (Международная) конференция по бетону и железобетону «Бетон и железобетон — пути развития», г. Москва, 2005г.

- 5-я Всеукраинская с международным участием научно-техническая конференция «Проблемы современного железобетона», НИИСК, г.Полтава, 2007г.

- Международная конференция «Актуальные проблемы исследований по теории расчёта сооружений», ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко - ОАО «НИЦ «Строительство», г.Москва, 2009г.

Публикации. Основные результаты исследования изложены в 8 научных статьях, в т.ч. в 2 статьях, опубликованных в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основной части, общих выводов, списка использованной литературы из 85

наименований. Работа изложена на 217 страницах, содержит 27 таблиц, 81 рисунок и 2 приложения.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, дана краткая характеристика выполненной работы.

В первой главе изложено состояние вопроса, проведён краткий анализ и обобщение результатов исследований A.A. Гвоздева, С.А. Дмитриева, В.И. Мурашева, Н.М. Мулина, С.А. Мадатяна, Т.Д. Тулеева, К.В. Михайлова, М.М. Холмянского, В.М. Кольнера, A.A. Оатула, Н.И. Карпенко, Т.И. Астровой, С.А. Дмитриева, Ю.П. Гущи, H.A. Маркарова, Г.Н. Судакова, В.М. Богаченко, Г.А. Молодченко, В.Н. Байкова, В.М. Бондаренко, В.И. Колчунова, B.C. Федорова, В.Д. Терина, Mayer U., Rehm G., Noakowski P., Muller, H.H., Martin H., Lutz L.A., Goto Y., Gambarova P.G., Eligehausen R., Bigai A.J., Darwin D.

В современных условиях для обеспечения сцепления арматура выпускается с различными видами периодического профиля. При всем многообразии конфигураций профиля реально производимого стержневого арматурного проката наиболее эффективным критерием оценки анкерующей способности того или иного периодического профиля принято считать относительную площадь смятия поперечных ребер fR. Этот параметр используется и в российских, и в зарубежных нормативных документах для регламентации геометрических характеристик стержневой арматуры.

Хотя в России выпускают арматуру с несколькими конфигурациями периодического профиля, существенно отличающимися по относительной площади смятия поперечных ребер, при расчете железобетонных конструкций по действующим нормам проектирования различия в уровне параметра fR никак не учитываются. Это ограничивает возможность практического использования преимуществ более эффективных по сцеплению новых видов периодического профиля на такие важные характеристики железобетона, как трещиностойкость, необходимая длина анкеровки и нахлестки арматурных стержней, длина зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон, деформативность.

На основании анализа состояния вопроса в настоящей работе поставлены следующие основные задачи исследования:

- экспериментально и с применением статистического анализа оценить влияние периодического профиля с различной относительной площадью поперечных ребер fR на механические свойства термомеханически упрочненной арматуры класса Ат800;

- исследовать и дать оценку анкеровки в бетоне стержневой арматуры класса А500 и Ат800 с различной относительной площадью смятия поперечных ребер fR;

- экспериментально оценить влияние относительной площади смятия поперечных ребер fR на шаг и ширину раскрытия трещин центрально растянутых железобетонных элементов;

- разработать рекомендации по учету относительной площади смятия поперечных ребер fR арматуры при определении длины анкеровки и длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон, а также шага и ширины раскрытия трещин для включения их в нормативные документы.

Вторая глава посвящена исследованию свойств опытной партии арматуры класса Ат800 (марка стали 28С).

Для проведения исследований на комбинате «Евраз - Объединенный ЗСМК» из металла одних и тех же плавок и при одинаковых режимах термомеханического упрочнения были изготовлены и поставлены в НИИЖБ опытные партии арматурного проката класса Ат800 диаметром 16 мм с различными видами периодического профиля: стандартного (двухстороннего) серповидного и четырёхстороннего серповидного с различными геометрическими размерами элементов профиля. Образцы - представители опытных партий были испытаны в НИИЖБ на растяжение с измерением деформаций до разрыва и на изгиб.

По результатам испытаний на растяжение образцов арматуры с двумя видами периодического профиля, параметры которых имели одинаковые или близкие величины для каждого вида профиля, определены средние значения функций

Установлено, что прочностные и пластические характеристики арматуры Ат800 с одинаковой конфигурацией профиля, но различными шагами ребер и, соответственно значениями fR, отличаются. Причём с увеличением fR повышаются

значения с„ и <з1)2 при некотором уменьшении значений 83 и 8Р. Различие механических свойств возможно связано с различной площадью поверхности арматуры и, следовательно, более интенсивным охлаждением металла в процессе термоупрочнения при прокате.

Влияние длительного вылёживания арматурной стали на её механические свойства проводилось в 3 этапа с интервалом между испытаниями 30 и 350 дней. Результаты испытаний показали незначительное влияние данного фактора на механические свойства арматуры вне зависимости от конфигурации периодического профиля и величины fR.

Во всех испытаниях минимальные значения механических характеристик (<тв, а()2, 85 и 8Р) арматуры с различными конфигурациями периодического профиля и параметром fR были не ниже требуемых по ГОСТ 10884-94 для арматуры класса Ат800.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований сцепления с бетоном арматуры с разным периодическим профилем и проведена оценка зависимости длины анкеровки арматуры в бетоне от величины относительной площади смятия ребер fR. При сравнительных испытаниях стержневой арматуры на вытягивание использовалась методика сравнительных испытаний, рекомендованная R С6 ЕКБ/ФИП/РИЛЕМ и включенная в международный стандарт prEN 10080:2005 Final draft.

Образцы для испытаний представляли собой бетонные кубы с ребром 250 мм, армированные одним центрально расположенным стержнем. Образцы изготавливали и испытывали сериями по 5-10 штук в каждой, у которых варьируемыми параметрами были: прочность бетона на сжатие (от 26,5 до 52,6Н/мм2), диаметр стержней (12 мм, 16мм и 25мм), длина анкеровки стержней в бетоне (5-10d), класс прочности арматуры 500 Н/мм2 и 800 Н/мм2 и параметр fR (0,057; 0,075; 0,12). Всего было испытано 9 серий опытных образцов в количестве 98 штук.

На рис.3.1 приведены результаты испытаний на вытягивание в виде графиков зависимости напряжений в арматуре на загруженном конце образца от среднего по серии смещения торца незагруженного конца арматуры.

Проведенные исследования показали, что предельные значения нагрузки для арматуры с величиной fR = 0,075 были выше при прочих одинаковых условиях, чем у арматуры с величиной fR = 0,056: на 20% для диаметра 16 мм и на 18% для диаметра 12 мм. По сравнению с арматурой имеющей fR = 0,1 и более, предельная нагрузка была на 8% более высокой у арматуры с fR = 0,075.

Такая же тенденция наблюдается и при анализе зависимости относительной прочности сцепления as/Rb от относительной площади смятия ребер fR. Из рис.3.2, где помимо данных проведенных испытаний автора представлены также данные аналогичных опытов Мадатяна С.А. и Тулеева Т.Д., видно, что с увеличением параметра fR до диапазона 0,075+0,08 происходит рост относительной прочности сцепления, а при fR > 0,075+0,08 относительная прочность сцепления остается практически постоянной.

Рис.3.1 Смещение относительно бетона незагруженного конца стержня при вытягивании из бетонных кубов арматуры 016мм класса 800МПа; 1'к =0,056+0,09.

Это позволило сделать вывод, что являющаяся функцией прочности сцепления длина зоны анкеровки арматуры в значительной степени зависит от относительной площади смятия поперечных ребер.

Согласно действующему СП 52-101-2003 базовая длина анкеровки растянутой арматуры 10т определяется из уравнения:

• ,1Л • (3.1)

где = - расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном,

принимаемое равномерно распределенным по длине зоны анкеровки.

1 1

.....к......;..............

.....*.....т............. __

.............

""¡г™

.....1.............

.....«......1..............

.V

Л

„

» < •: Л

% ?. « («о ЙХК»:«

¡4', («й

; / а»0х»йя«*й«мтуяййва)

КЬ *

Рис.3.2 Зависимость относительной прочности сцепления от относительной площади смятия при 1ан=6,25-^8,125с1.

Посредством коэффициента г/, в формуле (3.1) учитывается только принципиальная характеристика поверхности арматуры (гладкая или периодического профиля), но не делается различия для конфигураций профиля с разными уровнями

Решить задачу определения длины анкеровки арматурных стержней в бетоне с учетом параметра представляется возможным, если установить зависимость между значением предельного напряжения сцепления (КьошО и значением относительной площади смятия поперечных выступов арматуры (Щ.

Значение коэффициента зависит от влияния большого числа факторов и не остается постоянной даже в пределах одной партии образцов. Изменчивость значений учитывалось методами математической статистики на основании 98 испытаний. По результатам испытаний строились гистограммы, которые затем аппроксимировались одной из теоретических кривых плотности распределения.

Методом регрессионного анализа результатов испытаний на вытягивание была построена эмпирическая зависимость коэффициента от относительной площади смятия профиля fR.. Указанную зависимость устанавливали по опытным значениям напряжений, соответствующих максимальным усилиям в арматуре, когда полностью нарушается её сцепление с бетоном.

С учетом среднеквадратического отклонения зависимость коэффициента /7, от относительной площади смятия профиля /ц для арматуры с исследованными конфигурациями периодических профилей достаточно хорошо описывается уравнениями при 0,056<fR<0,12:

7,=5 + 20/;) среднее значение (3.2)

//, = 2,65 + 20/,< (при доверительном интервале 2S) (3.3) /7, = 1,5 + 20/„ (при доверительном интервале 3S) (3.4) Используя уравнение (3.4), были определены величины коэффициента r|j при крайних (максимальном и минимальном) значениях относительной площади смятия ребер fR для стержней периодического профиля. Для минимального значения fR = 0,056, определяющего границу "хороших" условий сцепления, величина коэффициента г], составляла г)!0" = 2,5, а для максимального значения fR = 0,120 - соответственно Г||0П = 3,9.

Из этого можно сделать вывод, что минимальная опытная величина расчетного значения коэффициента т|,оп совпала с расчетной величиной г|, = 2,5, используемой для определения базовой длины 1(),оп. Полученные данные согласуются с расчетными характеристиками, указанными в нормах, что является вполне достаточным показателем надежности, т.е. обусловлены общими представлениями о достаточной надежности существующей практики расчета конструкций. Для арматуры с большим значением t'R, чем fR=0,056, величина базовой длины анкеровки, определенной по формуле (3.1), будет уменьшаться вследствие повышения прочности сцепления.

Это видно из графика (рис. 3.3), на котором изображена определенная в соответствии с СП 52-101-2003 зависимость относительной длины зоны анкеровки

Я = — от прочности бетонов на сжатие классов от В15 до В60 при использовании

стержневой арматуры класса А500 при т)| =2,5 и г]| =3,9. Дополнительно на графике приведена такая же зависимость X - Яь, но рассчитанная по формуле для определения длины анкеровки из СНиП 2.01.03-84.

Обращает внимание на этом графике близкое совпадение кривых, построенных с использованием коэффициента г), = 3,9 (при = 0,12) и по СНиП 2.01.03-84. Это объясняется тем, что расчетная формула по СНиП 2.01.03-84 для определения длины анкеровки арматуры в бетоне базировалась на результатах испытаний стержневой арматуры с кольцевым периодическим профилем, имеющим ^ = 0,10,13, что и определило её близкую сходимость с расчетом по формуле 8.1, принятой в СП 52-101-2003 при & = 0,12.

Таким образом, результаты выполненных исследований указывают на более высокую прочность сцепления с бетоном арматуры, имеющую относительную

......! Мм I 1 1 1 1

Арг 13Ту ра к лас п рс^ ост и 50 ОМ Г 13 :

\

N N

ч

\

\ \ ■Г

\

СП П '-У-:

О иП

615 В 20 В 25 ВЗО В 35 8 40 В 45 В 50 8 55 660

Класс прочности бетона

Рис. 3.3 Зависимость относительной длины зоны анкеровки Л от прочности бетона на сжатие для арматуры класса 500МПа.

площадь смятия ребер 1к>0,056. Полученные экспериментальные данные, наряду с результатами исследований И.Н.Тихонова и И.П.Саврасова по учету влияния относительной площади смятия ^ при определении базовой длины анкеровки

арматуры периодического профиля, послужили основанием для рекомендаций об увеличении коэффициента г), в формуле 8.2 СП 52-101-2003 (Яьопк) = Л^г^ы)-

В четвёртой главе представлены данные экспериментальных исследований предварительно напряженных железобетонных элементов с арматурой, имеющей профили с различными значениями параметра

Всего было испытано 2 серии (6 образцов). Каждая серия включала по одной паре призм-близнецов с арматурой различного периодического профиля. Железобетонные призмы длиной 2м и сечением ЮО^ЮО мм армировались одним центрально расположенным стержнем.

В образцах первой серии предварительное напряжение арматуры составляло ст!р = 450 МПа, или 0,9сг(а, а в образцах второй серии, соответственно, 750 МПа или 0,94ст02. Прочность бетона на момент передачи усилия обжатия в первой серии составляла 52МПа, во второй серии - 35МПа.

Опытные значения длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон 1Р°" определяли с помощью наклеенных на бетон тензорезисторов, расположенных вдоль оси призмы. За величину 1роп принимали расстояние от торца призмы до сечения, в котором деформации укорочения бетона достигли 0,95+0,97 от деформаций в средней части призмы.

Как указывалось в главе 3, с увеличением в пределах от 0 до 0,07-0,08 прочность сцепления арматуры с бетоном возрастает. На рис 4.1 представлены результаты испытаний в виде зависимости длины зоны передачи напряжений от параметра На график также нанесены аналогичные данные исследований, выполненных Тулеевым Т.Д.

График, построенный по средним значениям опытных данных, имеет перелом при значениях = 0,07+0,075. При ^>0,075 относительная длина зоны передачи напряжений практически не изменяется с увеличением параметра

Приведенные опытные данные указывают на возможность дифференцированного подхода к расчёту длины зоны передачи предварительных напряжений в арматуре на бетон, аналогично оценке базовой длины анкеровки /0(И.

Согласно СП 52-102-2004 длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле:

о\„ с/

(4.1)

где ег5р - предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь.

Зависимость коэффициента вида поверхности арматуры // от параметра ^ достаточно хорошо описываются уравнениями (3.2; 3.3; 3.4) полученными по результатам испытаний на вытягивание арматурных стержней из бетонных кубов. Используя эту зависимость, по формуле (4.1) были вычислены средние значения длины зоны передачи напряжений арматуры, которые были сопоставлены с опытными значениями 1р0П (рис. 4.1). Из этого сопоставления видно, что опытные значения длины зоны передачи напряжения с арматуры на бетон 1р°" превышают средние значения 1р, в 1,4-1,7 раза в зависимости от параметра Гц.

• ___

: ............. .............

• .......

г " •

|.......... •

| ......I"

» -1 . ..« ________ •.......

4 • «

II 31 . 5" Ч ............) .1 •

__ ............ __: • ____ —,— « --— - 1

• Оамтии« с. ра^эдчхым = 5 гякв®;:

• *М (. (ЭДНт*«

-г»ед-<*я по а ■Ори уяв <М

! -!- а^ЯСМГн»

0.00 0.02 0.0;! 0,00 0.03 0 10 0.12

Рис.4.1 Зависимость опытной длины зоны передачи напряжения 1роп от относительной площади смятия арматуры

Анализ опытных данных М.И. Додонова показал, что для установления закономерности изменения 1р°" требуется учитывать влияние геометрических размеров железобетонных образцов. При этом напряжение с арматуры на бетон

передается через так называемые «штампы», расположенные по длине арматуры. Усилия от крайнего «штампа», передаваемое на торец, как известно, сможет равномерно обжать бетон образца лишь на расстоянии, равном его ширине С. Таким образом длина зоны передачи напряжения состоит из отрезка зависящего от сил сцепления арматуры с бетоном, т.е. длины анкеровки, а также величины, зависящей от геометрических размеров образца, конкретнее, от его ширины и имеет вид:

/"',,=/„„+С (4.2)

Проведенные эксперименты показали, что средние опытные значения 1Р°" близки к расчетным 1р с учетом относительной ширины штампа, определяемого как С=Х/й и равного по величине Х=5. С учетом этого величина 1р может быть определена по формуле:

/„=(^- + 5У, (4.3)

где Кь,ти = Ч1Км - расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры в зависимости от параметра и определяемый по формулам (3.3 и 3.4).

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований центрально растянутых предварительно напряженных и ненапрягаемых железобетонных элементов, у которых варьировались класс бетона и арматуры, расстояние от оси арматуры до растянутой грани элемента, конфигурация периодического профиля и параметр сцепления Всего было испытано 6 серий -42 опытных образца. Цель исследований - определение влияния ^ на ширину раскрытия трещин, расстояния между трещинами и жесткость центрально растянутых железобетонных элементов.

Первая и третья серии включали призматические предварительно напряженные образцы квадратного сечения (100x100 мм) и длиной 2м, армированные одним центрально расположенным стержнем арматуры классов 500МПа и 800МПа. В состав второй серии входили ненапряженные образцы сечением 100x100 мм и длиной 2м, армированные центрально расположенным стержнем арматуры класса прочности 500 МПа. Образцы четвёртой, пятой и шестой серий имели сечение

70x70 см и длину 700 мм и также армировались одним центрально расположенным стержнем арматуры классов прочности от 240МГ1а до 800МПа.

Для испытания опытных образцов 1-й, 2-й и 3-й серий была сконструирована специальная испытательная установка с жесткими упорами (рис. 5.1). Образцы 4й. 5й и 6" серий испытывали на вертикальной разрывной машине. Для измерения деформаций опытных железобетонных образцов применяли прогибомеры с ценой деления 0,002мм. Для измерения ширины раскрытия трещин использовали переносной микроскоп МПБ-2 с 24-х кратным увеличением. Кроме того, использовали приборы определения смещения арматуры относительно бетона с ценой деления 0,01мм установленные на арматуре, а также тензорезисторы с базой 50мм наклеенные на бетон. Для измерения деформаций арматуры на свободном участке использовался деформометр НИИЖБ с 2—индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Рис.5.1 .Установка для испытания железобетонных образцов на центральное растяжение.

В результате проведенных испытаний 6-ти серий опытных образцов была выявлена зависимость ширины раскрытия трещин от параметра fR. На рис. 5.2 показано изменение средней ширины раскрытия трещин в зависимости от напряжений в продольной арматуре для каждого класса прочности и вида профиля арматуры (величины параметра fR). Если сравнивать ширину раскрытия трещин ат в образцах с /« «= 0,075 с образцами с/« = 0,057 и с гладкой арматурой {fR = 0), то при одном и том же уровне напряжений в арматуре er, = 250 МПа (стадия стабилизации количества трещин), можно убедиться, что в образцах с арматурой

при/к = 0,075 средняя ширина раскрытия трещин асгс меньше на 43%, чем в образцах с арматурой при /к = 0,057 и более чем вдвое ниже, чем в образцах с гладкой арматурой (/л = 0).

Рис. 5.2 Средняя ширина раскрытия трещин асгс в зависимости от сг5.

Увеличение относительной площади смятия ребер периодического профиля арматуры/Л от 0 до 0,08 приводит к уменьшению ширины раскрытия трещин, тогда как при увеличении /к сверх 0,08 ширина раскрытия трещин ат остается практически постоянной (рис. 5.3).

Ширина раскрытия нормальных трещин, по теории В.И. Мурашева определяется как разность средних удлинений арматуры и растянутого бетона по оси арматуры, накопленных на длине элемента, равной расстоянию между трещинами, и выражается уравнением, положенным в основу расчета по нормам большинства стран:

^ = (5.1)

еш - средние деформации арматуры между трещинами;

ест - средние деформации бетона между трещинами; расстояние между трещинами.

В СП 52-101-2003 деформациями растянутого бетона между трещинами есш из-за их малости пренебрегают, и формула (5.1) приобретает вид (5.2):

ат = = 1ч — 4>\4>->4>W, Е,

(5.2)

Формула для расстояния между трещинами ls, предложенная Мурашевым для гладкой арматуры, имеет общий вид:

2 Р.ч

По СП 52-101-2003 значение базового (без учета влияния вида поверхности арматуры, т.е. для гладкой арматуры) расстояния между трещинами определяется из выражения:

а(..мм0.э -0.275 0.25 ■■ 0.225 -0.2 -0.175 0.15 -0.125 0.1 0,075 0.05 0,025 0

с

Рис. 5.3 Зависимость ширины раскрытия трещин асгс от параметраfK.

.........\ • (f,«0.075) * С^-0.12) « (f.^0.057) (fA- 0.00 J)

-^¿подпев OMOHÇHHÇ при напряжении в арматуре равном 2Ь0МПа

(цгяиилилщпоир&я с < вцин,

1 ___________ % *

■ f

У ¥

« *

............. .............*...........~ -------- ............. ..........л

= 0,5 —d, = 0,5 —

4- ' P.

(5.4)

Отношение Яы.ги/К/н в формуле 5.3 можно рассматривать как зависимость между прочностью сцепления Яьопа и прочностью бетона на растяжение Яь,. Эта зависимость может быть выражена в виде Л,„„„, =, как это было принято при определении базовой длины анкеровки арматуры. Тогда из сравнения формул 5,3 и

5.4 можно заключить, что в случае использования гладкой арматуры коэффициент г] = I и формула 5.3 превращается в формулу 5.4.

Очевидно, что при использовании арматуры периодического профиля с разными значениями параметра коэффициент г| будет иметь переменное значение и формула для определения шага трещин приобретает вид:

/, = 0,5 г/, = 0,5 ^ (5.5)

4ч ' Р.П

На рис. 5.4 показаны зависимости коэффициента, учитывающего профиль продольной арматуры г| от относительной площади смятия ребер % Приведенные зависимости строились методом регрессионного анализа по опытным данным расстояния между трещинами железобетонных элементов настоящего исследования, а также данным Шамурадова Б.Ш., выполненных в НИИСК (г.Киев).

П 3 5

3,0 2.5 2.0 1.5 1.0

0.5.......

00- — 0 00

Рис.5.4 Зависимость коэффициента 11 от

Зависимость коэффициента 1"! от для арматуры с различными конфигурациями профилей достаточно хорошо описывается уравнениями:

г] = 1,5 + 17,5/„ среднее значение (5.6)

= 1,12+17,5/Л (при доверительном интервале 2Э) (5.7)

« . * образцы &«аммые а» "оря

Опытные образцы (данные щэмурадояа; Срейиуе значу«*!*! норалаткичоо значение

~т--

310

0 06

0.12 1,

На рис.5.5 показаны опытные значения расстояния между трещинами и средние значения расстояния между трещинами, вычисленные по формуле (5.5) с учетом дифференцированного подхода к коэффициенту г], вычисленному по формуле (5.6). Как видно из графика расчетные зависимости хорошо согласуются с опытными данными.

Общая формула ширины раскрытия трещин асгс будет выглядеть следующим образом:

ат = 1г,ет = '.V > (5-8)

е.,

где - расстояние между трещинами, определяемое по формуле (5.5).

Рис. 5.5 Сравнение опытных величин расстояния между трещинами с расчетными

На рис.5.6 показаны средние величины ширины раскрытия трещин, полученные по опытным данным и средние расчетные значения с учетом шага трещин, зависящим от параметра Гц. Опытные данные и средние значения, вычисленные по формуле (5.2) хорошо согласуются между собой.

700 600 500 400 300 200 100

и / / г

л у / /

/ /

/

/•V { |1|

/ V

/

К

Л V, /

/ // Г ;1 - И - 1.6 П =2.5

4 У

' // г/// —СрбДНйе опытней {¡.^0.057} — средние опытные <{=0:075); — средние опытные '2} средние опыт ные «0,001 >

V/

О ;—

ООО 0.05 0.10 0.15

20 0 25 0.30 0.35 0.40 0 45 0.50 а мм

Рис.5.6 Средняя ширина раскрытия трещин асгс в зависимости от напряжений в арматуре сг,.

Жесткость железобетонных элементов.

Оценку жесткости железобетонного растянутого элемента можно произвести по величине, Де которая является разницей деформаций арматуры и железобетона. Полученные результаты испытаний железобетонных образцов на центральное растяжение позволили оценить совместную работу бетона и арматуры с различной величиной параметра На рис. 5.7 представлены деформации арматуры класса 800МПа на свободном от бетона участке арматуры и средние деформации железобетонных элементов с арматурой с различным параметром {"и при центральном растяжении.

Из представленных рисунков видно, что в случае армирования образцов арматурой с = 0.057 их средние деформации по своей величине были больше средних деформаций образцов с арматурой имеющей величину ^ >0,075 и в меньшей степени отличались от деформаций свободной арматуры.

*........1......^

...3 ........¿У?

2 /у

.......... 2Г

г: ......1" .......л

..... $¿.'..1........... ✓

.......... .......... ..........

У* ...¿г....

> ....../Г.,

. У* г /

/ -

/ -

/ -диаграмма растяжения арматуры

/ 2 — - элеыенг с

1 у 41 г 1 V 1.. ,\> < V Г»Л»ГиП/»3 г- ( кП 1')

я

— ... ..... г..........I..........' "1........'........Г........'........1....... 1

О 5 10 15 20 25 30 35 40 Ё 1x10*

Рис. 5.7 Влияние параметра сцепления арматуры класса Ат800 на деформации железобетонного элемента при центральном растяжении. Серия VI.

На рис. 5.8 изображены зависимости напряжений в растянутой арматуре от разницы деформаций арматуры в трещине и железобетонного элемента Де. Из рисунков видно, что величина Де меньше у железобетонных образцов с арматурой с ^ = 0.057. чем у образцов с арматурой с параметром ^ = 0,075. Однако, при увеличении ^ от 0,075 до 0,12 разница деформаций арматуры в трещине и железобетонного элемента Де увеличивается незначительно.

Анализируя приведенные экспериментальные данные, можно прийти к выводу, что совместная работа бетона и арматуры в значительной мере зависит от параметра сцепления

Анализируя опытные данные, была предпринята попытка оценить влияние параметра на пластические деформации в стадии близкой к разрушению. После проведения испытаний и снятия нагрузки в опытных образцах были замерены деформации в арматуре в трещине и между трещинами рис. 5.9.

Анализируя опытные данные видно, что бетон лучше включался в работу между трещина при более высоких значениях

CT МЛа 1200 1100 1000

9Q0 Jisfesää

■ - - .

700 Ив!

500 ШШШВЯк ä|k

- Ат800 (fR=0,057) [

- АтбОО (fr< =0.075)

- Ат800 (L-0.12) ■

Э ю 11 12

13 14 А£ 1

Рис.5.8 Жесткость центрально растянутых железобетонных элементов с арматурой класса 800МПа. Средние значения.

е , ,о4 А Д5

200 150

Тр 8 Тр4

198 198

Образец с арматурой, имеющей параметр {,. - 0,057) Образец с арматурой, имеющей параметр f. = 0,075

а) б)

Рис.5.9 Отношение пластических деформаций в арматуре в трещине и между трещинами центрально растянутого железобетонного элемента в стадии близкой к разрушению.

а) gs в трещинах и между трещинами Тр5 и Тр8. Образец 0.7ЦР500С-29 (fR = 0,057)

б) es в трещинах и между трещинами Тр8 и Тр4. Образец 0,7ЦР500С-30 (fR = 0,075)

Основные результаты п выводы.

1. Анализ российских и зарубежных норм показал, что в настоящее время показатель сцепления арматуры с бетоном в виде относительной площади смятия поперечных ребер в основном используется лишь как браковочный критерий геометрических характеристик периодического профиля арматуры и не находит отражения в расчетной оценке трещиностойкости, деформативности железобетонных конструкций, длины анкеровки арматуры в бетоне, зоны передачи напряжения арматуры на бетон в предварительно напряженных конструкциях.

2. Впервые изготовлена опытная партия арматуры класса прочности 800 МПа с серповидным периодическим профилем стандартной и четырехсторонней конфигурации с разным значением шага ребер и параметра Механические характеристики арматуры с различными конфигурациями периодического профиля и разными значениями параметра были не ниже требуемых по ГОСТ 10884-94 для арматуры класса Ат800.

3. Проведенные исследования подтвердили целесообразность учета при практическом расчете железобетонных конструкций показателя сцепления стержневой арматуры с бетоном - относительной площади смятия поперечных ребер которая является одной из важнейших характеристик прочности сцепления арматурных стержней с бетоном.

4. Экспериментально установлено, что растянутые железобетонные элементы с арматурой с меньшей величиной ^ обладают большей деформативностыо, чем элементы с арматурой, имеющей более высокий уровень Гц. Показано, что шаг и ширина раскрытия трещин в растянутом железобетоне уменьшаются с увеличением относительной площади смятия поперечных ребер арматуры.

5. Проведенная количественная оценка и регрессионный анализ данных испытаний позволили получить зависимости по определению шага и ширины раскрытия трещин с учетом величины относительной площади смятия ребер арматуры

6. На основании теоретического анализа результатов ранее выполненных и настоящего исследования определены дифференцированные значения коэффициента Г1 в зависимости от величины параметра в формуле расчета

базовой длины анкеровки и длины зоны передачи предварительного напряжения с арматуры на бетон в соответствии с СП 52-101-2003 и СП 52-102-2004.

7. Предлагаемая методика определения значений базового расстояния между трещинами с использованием коэффициента Г), учитывающего профиль продольной арматуры в зависимости от параметра даёт возможность дифференцированного подхода к оценке ширины раскрытия трещин растянутых железобетонных элементов, что позволяет повысить надежность железобетонных конструкций в стадии эксплуатации и получить экономический эффект от возможного снижения расхода металла.

8. Результаты выполненных исследований были использованы при разработке скорректированных на применение новых видов арматуры типовых проектов сборных железобетонных конструкций массового применения.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в статьях.

1. Суриков И.Н., Саврасов И.П., Цыба О.О., Бондаренко А.Н. Экспериментальные исследования механических характеристик, выносливости и сцепления с бетоном стержневой арматуры класса А500С с различными типами периодического профиля// Сб. тр. /НИИЖБ. - М., 2005. — Научные труды 2-й Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону. Том 5. -С.486-494.

2. Цыба О.О. Трещиностойкость растянутых железобетонных элементов, армированных стержневой арматурой различного периодического профиля.// Сб. Тр./НИИЖБ.-М.,2007.-80-летие НИИЖБ им.А.А.Гвоздева. - С. 264-272.

3. Зикеев Л.Н., Цыба О.О. Железобетонные фундаменты для высоковольтных опор ЛЭП с арматурой класса А500СП с четырехсторонним периодическим профилем. //Сборник трудов «Буд1велып конструкций/ 5-я Всеукраинская с международным участием научно-техническая конференция «Проблемы современного железобетона» НИИСК г.Полтава 2007г.

4. Зикеев Л.Н., Цыба 0.0. Свойства высокопрочной стержневой термомеханичееки упрочненной арматуры класса Ат800П с четырехсторонним периодическим профилем. // Технология бетонов. - 2008. - №9. - С. 22-24.

5. Зикеев Л.Н., Цыба О.О. Трещиностойкость растянутых железобетонных элементов из высокопрочного бетона с арматурой различных профилей. //Бетон и железобетон. - 2009. - №3. - С. 8-11.

6. Зикеев Л.Н., Цыба О.О. Трещиностойкость железобетонных растянутых элементов с учетом относительной площади ребер растянутой арматуры. // Сб. научных статей в 2-х частях. /ЦНИИСК им.Кучеренко. - М., 2009. - Научные статьи международной конференции «Актуальные проблемы исследований по теории сооружений», ч.2. - С. 113-121.

7. Зикеев Л.Н., Цыба О.О. Трещиностойкость железобетонных растянутых элементов с учетом относительной площади ребер растянутой арматуры // Промышленное и гражданское строительство. - 2009. - N 10. - С. 30-32

8. Цыба О.О. Арматура класса А500СП, практика внедрения в проектирование и строительство. // ЖБИ и конструкции. - 2011. - №1. - С. 50-53.

Подписано в печать:

27.02.2012

Заказ № 6736 Тираж - 110 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www. autoreferat. ru

61 12-5/2069

ОАО «Hh ц «строительство» ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

имени A.A. ГВОЗДЕВА (НИИЖБ им.А.А.Гвоздева)

ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ РАСТЯНУТОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА С НЕНАПРЯГАЕМОЙ И НАПРЯГАЕМОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРОЙ, ИМЕЮЩЕЙ РАЗЛИЧНУЮ ОТНОСИТЕЛЬНУЮ ПЛОЩАДЬ СМЯТИЯ

ПОПЕРЕЧНЫХ РЕБЕР.

На правах рукописи

О 1L.SX

Цыба Олег Олегович

УДК

Специальность: 05.23.01-Строительные конструкции, здания и

сооружения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук,

Л.Н. Зикеев

Москва-2012г.

Оглавление

Введение 4

1 Состояние вопроса и задачи исследований 10

1.1 Постановка задачи 10

1.2 Механизм сцепления арматуры с бетоном. 11

1.3 Анкеровка арматуры в бетоне. 19

1.4 Зависимость ширины раскрытия трещин и шага трещин 29 от относительной площади смятия поперечных ребер арматуры.

1.5 Выводы и задачи исследований. 34

2 Механические свойства арматурного проката класса Ат800 с 37 серповидным и четырёхсторонним периодическим профилем с разными типоразмерами.

2.1 Постановка задачи. 37

2.2 Технология производства термомеханически 38 упрочненной арматуры класса Ат800.

2.3 Методика испытаний. 42

2.4 Анализ результатов испытаний. 44

2.5 Выводы по главе 2. 61

3. Влияние относительной площади смятия поперечных ребер 62 арматуры на длину анкеровки в бетоне.

3.1 Постановка задачи. 62

3.2 Характеристики опытных образцов. 63

3.3 Изготовление и методика испытаний образцов. 63

3.4 Анализ результатов испытаний. 69

3.5 Определение момента начала сдвига арматурного 77 стержня относительно бетона.

3.6 Влияние геометрических параметров периодического 83 профиля арматуры на среднее значение предельного напряжения сцепления

3.7 Сопоставление опытных и расчетных данных прочности 94 анкеровки в бетоне арматуры с различными видами периодического профиля

3.8 Выводы по главе 3 96

4. Влияние относительной площади смятия поперечных ребер 97 арматуры на длину зоны передачи напряжения с арматуры на бетон.

4.1 Постановка задачи. 97

4.2 Конструкция и характеристики опытных образцов. 98

4.3 Изготовление и методика испытаний образцов. 102

4.4 Анализ результатов испытаний. 107

4.5 Влияние геометрических параметров периодического 111 профиля арматуры на длину зоны передачи напряжения арматуры на бетон.

4.6. Анализ длины зоны передачи напряжения образцов, 121

вычисленной по втягиванию арматуры в бетон.

4.7 Влияние геометрических размеров периодического 125

профиля на распорность и образование трещин раскола.

4.8. Выводы по главе 4. 126

5 Влияние относительной площади смятия поперечных ребер 128 арматуры на шаг и ширину раскрытия трещин, жесткость при растяжении и пластические деформации в стадии близкой к разрушению.

5.1 Постановка задачи. 128

5.2 Характеристики опытных образцов. 128

5.3 Конструкция опытных образцов и материалы. 129

5.4 Изготовление опытных образцов 131

5.5 Методика испытаний. 135

5.6 Результаты испытаний и их анализ. 138

5.6.1 Расстояние между трещинами в растянутом 139 железобетоне.

5.6.2 Ширина раскрытия трещин в растянутом 144 железобетоне.

5.7 Сопоставление опытных и расчетных данных шага и 150 ширины раскрытия трещин в растянутом железобетоне с учетом параметра сцепления fR.

5.8 Жесткость при растяжении железобетонных элементов. 156

5.9 Оценка влияния параметра fR на пластические 169 деформации в стадии близкой к разрушению

Общие выводы 181

Приложение 1 183

Приложение 2 191

Использованная литература 194

Введение

Бетон и железобетон является прогрессивным и непрерывно развивающимся видом строительных материалов. Основной объём железобетона (около 75-80% от общего объёма) используется в жилищно-гражданском и транспортном строительстве [38].

л

В 2012 году ставится задача построить 80 млн. м жилья, в 2016 г. - 100

2 2 млн. м , а к 2020 г. - 140 млн. м . Кроме того, запланировано масштабное

сооружение объектов промышленности, транспортной инфраструктуры,

топливно-энергетического комплекса.

Сегодня предъявляются более жесткие требования к надежности и качеству строительных материалов. В связи с этим становится актуальной задача создания новых и совершенствование действующих методов расчета железобетонных конструкций.

Анализируя экспериментальные данные, можно прийти к выводу, что сцепление арматуры с бетоном является важнейшим фактором, определяющим работу железобетона как материала. Совместная работа бетона и арматуры в значительной степени зависит от вида поверхности арматуры. Влияние периодического профиля изучалось многими исследователями, которые предлагали различные методы учета эффективности периодического профиля арматурных стержней при определении прочности и жесткости сцепления. Так Г. Рэмом было предложено оценивать степень сцепления арматуры с бетоном с помощью так называемой относительной площади смятия поперечных ребер fR (критерий Рэма). В развитие этого подхода Н.М. Мулиным было предложено оценивать сцепление по отношению площади среза бетона между выступами к площади смятия бетона под выступами.

В настоящее время относительная площадь смятия поперечных ребер fR используется в российских (ГОСТ Р) и зарубежных стандартах (EN 10080) на производство арматуры как одна из браковочных характеристик периодического профиля, однако эта характеристика пока не нашла отражения в нормативных документах по проектированию железобетонных конструкций (СП, СНиП). В настоящее время нормы проектирования рассматривают стержневую арматуру только либо как гладкую, либо как арматуру периодического профиля, не учитывая различий в анкерующей способности применяемых профилей арматуры. Введение в нормы проектирования железобетонных конструкций учета дифференцированной величины fR позволило бы более объективно оценить длину анкеровки арматуры в бетоне, длину зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон, деформативность и ширину раскрытия трещин железобетонных элементов.

Работа выполнена в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона им. A.A. Гвоздева (НИИЖБ им.Гвоздева) с 2003 по 2011 г. Автор выражает искреннюю благодарность за значительную помощь и поддержку в подготовке диссертационной работы научному руководителю, к.т.н. JI.H. Зикееву. Особая благодарность к.т.н. И.Н. Тихонову, к.т.н. В.З. Мешкову, к.т.н. B.C. Гуменюку, инж. И.Н. Сурикову за неоценимые консультации при выполнении работы.

Целью диссертационной работы является совершенствование методов расчета железобетонных конструкций в части определения шага и ширины раскрытия трещин в железобетонных центрально растянутых элементах, а также учета анкерующей способности стержневой арматуры с различными периодическими профилями при определении длины её анкеровки в бетоне и длины зоны передачи предварительного напряжения арматуры на бетон.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- экспериментально и статистическим анализом оценить влияние относительной площади смятия поперечных ребер ^ на механические свойства арматуры опытной партии класса Ат800.

на основании полученных опытных данных разработать рекомендации по расчёту длины анкеровки арматуры в бетоне с учетом различного значения параметра

на основании полученных опытных данных разработать рекомендации по расчёту длины зоны передачи предварительного напряжения арматуры на бетон с учётом величины

- на основании полученных опытных данных проанализировать влияние величины ^ на трещиностойкость и деформативность центрально растянутых железобетонных элементов в условиях значительных пластических деформаций арматуры;

на основании полученных опытных данных разработать рекомендации по расчету шага и ширины раскрытия трещин в центрально растянутых железобетонных элементах с учетом величины

- разработать предложения по учету особенностей работы в железобетоне арматуры с различной величиной параметра ^ при расчете железобетонных конструкций для включения в нормативные документы.

Объект и предмет исследования. Объектами исследования является арматура разных классов прочности от А240 до Ат800 с различной величиной относительной площади смятия поперечных ребер ^ и железобетонные центрально растянутые элементы, армированные ею. Предметом исследования являются механические характеристики арматуры класса Ат800, характеристики сцепления арматуры с бетоном, в частности длина анкеровки арматуры в бетоне, длина зоны передачи

напряжений в арматуре на бетон, трещиностойкость и деформативность железобетонных центрально растянутых элементов с арматурой различных классов прочности с различной величиной относительной площади смятия поперечных ребер

Методология и методы проведения исследований. При выполнении данной работы использовали общепринятые экспериментальные методы исследований, а также статистические методы обработки экспериментальных данных.

Научную новизну и значимость работы составляют:

- результаты экспериментальных исследований механических свойств термомеханически упрочнённой арматуры класса Ат800 с различными конфигурациями и размерами периодических профилей;

- опытные данные и выработанные на их основе рекомендации по расчёту длины анкеровки арматуры с различными значениями параметра fR в бетоне;

- опытные данные и соответствующие рекомендации по расчёту длины зоны передачи предварительного напряжения арматуры на бетон с учётом величины

- опытные данные о влиянии величины ^ на трещиностойкость и деформативность центрально растянутых железобетонных элементов в условиях значительных пластических деформаций арматуры;

- опытные данные и рекомендации по расчету шага и ширины раскрытия трещин в центрально растянутых железобетонных элементах с учетом величины

Практическая значимость полученных результатов. Выполненные исследования позволили оценить предполагаемое влияние на механические свойства арматурного проката класса Ат800 конфигурации и варьируемых размеров стандартного периодического профиля с

двухсторонним расположением серповидных ребер и нового профиля с четырёхсторонним расположением серповидных ребер. На базе комплекса экспериментальных исследований выявлена возможность дифференцированного подхода к определению длины анкеровки, длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон, шага трещин и ширины раскрытия трещин с учётом параметра

Экспериментально обоснованные рекомендации по расчёту с учётом параметра ^ дают возможность более дифференцированной оценки эксплуатационной надёжности железобетонных конструкций.

Результаты работы использованы при разработке СТО 36554501-0052006* «Применение арматуры класса А500СП в железобетонных конструкциях» и при корректировке чертежей серии 1.011.1-10 в.1 «Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой». В результате было достигнуто уменьшение расхода продольной арматуры до 25%.

Результаты работы планируется использовать при актуализации СТО 36554501-005-2006*, а также в других рекомендательных документах.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований механических свойств термомеханически упрочнённой арматуры класса Ат800 с различными конфигурациями и размерами периодического профиля;

- опытные данные и рекомендации по расчёту длины анкеровки в бетоне арматуры с различными значениями величины

- опытные данные и рекомендации по расчёту длины зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон с учётом величины

- опытные данные о влиянии величины ^ на трещиностойкость и деформативность центрально растянутых железобетонных элементов в условиях значительных пластических деформаций арматуры;

- опытные данные и рекомендации по расчету шага и ширины раскрытия трещин в центрально растянутых железобетонных элементах с учетом величины

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах:

- II Всероссийская (Международная) конференция по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития», г. Москва, 2005г.

- 5-я Всеукраинская с международным участием научно-техническая конференция «Проблемы современного железобетона», НИИСК, г.Полтава, 2007г.

- Международная конференция «Актуальные проблемы исследований по теории расчёта сооружений», ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко - ОАО «НИЦ «Строительство», г.Москва, 2009г.

Опубликованность результатов диссертации. Основные результаты исследования изложены в 8 научных статьях, в т.ч. в 2 статьях, опубликованных в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 17 печатных листов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав основной части, общих выводов, списка использованной литературы из 79 наименований. Работа изложена на 202 страницах, содержит 13 таблиц, 69 рисунков и 2 приложения.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 1.1 Постановка задачи

Среди материалов, применяемых в строительстве, железобетон играет ведущую роль. Ценные качества железобетона как строительного материала создали возможность использования его в самых разнообразных сооружениях, чем и объясняется бурное развитие его применения.

Железобетон представляет собой сочетание двух различных по своим механическим характеристикам материалов - стали и бетона. Эффективная работа столь различных материалов является возможной только при наличии надежного сцепления между ними.

Сцепление должно обеспечивать взаимодействие между арматурой и бетоном вплоть до разрушения конструкции, предопределяя тем самым работу железобетона как конструктивного материала. Благодаря перераспределению усилий с арматуры на бетон вследствие сцепления между ними обеспечивается анкеровка арматуры и передача усилий обжатия от напрягаемой арматуры на бетон. Сцепление определяет процесс трещинообразования в железобетонных элементах, т.е. ширину раскрытия и шаг трещин. От сцепления зависят деформационные свойства железобетона.

Многочисленные отечественные и зарубежные исследования свидетельствуют о том, что сцепление арматуры с бетоном зависит от большого числа факторов, относящихся как к самим материалам, составляющим железобетон, так и от их напряженного состояния. Кроме того, немаловажное значение имеют конструктивно-технологические факторы, такие как защитный слой бетона, расстояние между стержнями арматуры, направление бетонирования относительно направления расположения стержня, способ укладки и уплотнения бетона и другие.

Все эти факторы, от которых зависит степень взаимодействия арматуры с бетоном, соответственно оказывают влияние и на работу железобетона при эксплуатационных и критических нагружениях. Поэтому значение этих факторов и понимание их влияния на сцепление дает возможность найти соответствующий подход к оценке прочности и трещиностойкости железобетонных элементов, обладающих различной прочностью сцепления. С этой точки зрения любой параметр, позволяющий оценить степень влияния сцепления арматуры с бетоном на работу железобетона, может быть использован для уточнения расчета трещиностойкости и прочности железобетонных конструкций и, соответственно, их надежности и эксплуатационной пригодности.

На наш взгляд, одним из таких показателей может служить параметр, известный как относительная площадь смятия поперечных ребер арматуры Исследованию влияния этого параметра на анкеровку, ширину раскрытия и шаг трещин, а также длину зоны передачи напряжения с напрягаемой арматуры на бетон и посвящена эта работа.

1.2 Механизм сцепления арматуры с бетоном

Изучению механизма сцепления посвящено большое количество исследований, в результате которых были установлены факторы, обеспечивающие сцепление арматуры с бетоном и выявлена зависимость, связывающая напряжения сцепления со смещениями арматуры. По общему мнению специалистов [64], процесс взаимодействия бетона и арматуры, начиная от начала его загружения и кончая стадией разрушения, можно разделить на следующие стадии (рис. 1.1).

образование трещин частичное раскалывание полное раскалывание

смещение стрежня Д

Рис. 1.1 Зависимость напряжения сцепления от смещения

Стадия 1 (до образования трещин). При низких напряжениях сцепления т < Т] смещению стержня в бетоне, прежде всего, препятствует усадка бетона, вследствие которой происходит обжатие стержня бетоном, а также склеивание арматуры с бетоном в результате химической адгезии. Кроме того, наличие микронеровностей или выступов на поверхности арматуры способствует зацеплению арматуры за бетон и оказыв�