автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Трещиностойкость полимербетонных строительных конструкций применительно к объектам химической промышленности с средней и сильной агрессивной средой

московский институт кошгашного хозшэяж

И СТРОИШЬСШ

На правах рукописи'

УДК 624.072:624.016 ( 043.3)

таищостойкость шшеебетоннш: строквшш:

ЮНСТРУВДЙ ШШЕШШБЕО К ОБЪЕКТАМ ШШЕСКОЙ г ПГОШШЕЕНШСТК С СВДКЕЙ. И СИЛЬНОЙ АГЕВСЕШОЙ СРЕДОЙ.

Стадиальность: 05.23.01. - Строительные шнструтащи, .

зданЕЯ и соорунення

автореферат диссертации на соискание ученой: степени кандидата технических наук

Москва - 1993.

РасЗота выполнена з Изсковском институте коммунального хозяйства и строительства.

Научный руководитель: доктор технических неук, профессор

Хромец 2.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук .профессор Назаренко В.Г., глэдвдат технических наук Соловьев Г.К.

Ведущая органЕШ>дия: Центральный научно-исследовательский институт цромнашенных .зданий.

Защита состоится " гО " г. в \\ часов

на заседании спецкагазировенного созжта по зацате кандидатских диссертаций. К 063.08.02. при Московском институте кошунапъ-ного хозяйства и строительства по адресу: 109807, Москва, £-29, Средняя Калитниковская ул., д.30, актовый зал ЫИКХиС-а.

С диссертацией мйнео ознокошться в библиотеке Московского института коммунального хозяйства и строительства.

Автореферат разослан "Ъ) " т\У\ 'у ^^Д)>1993 г

Учений секретах^ специализированного

совета ЫИШС ' у Зерашнов И.В.

'А-

ОЕШДЯ. лАРЖГЕРЕСТЖ. РАБОТЫ

¿ктуаиаттосга работу. 'Одшэд аз црогрэссгввнх агрэссиестойкюе хомпозицяоешес материалов является лоликербетона, В настоящее время ыакоаяен значесбдьннй опет цршэшшя их в отдельных етрои-тетокнх конструкциях, ададияс в сооружениях прсишенных предприятий хг-Епеской, цедгшюзко-буизннон,. двемюй и червой ыетал-лургйЕ, аищевой. и дрр~;зс отраслей. Сттюгтвльнш конструкции на их основе хар?ягери5угоая вксокоё долх-сзечнастьэ, пониженной катерязяааиьостью, Несмотря на зто к сгроителывм конструкциям энсигуатар^яим в агрессиввых срэдазс с сильной 2 средней степень» воздействия .дтарэагезтов иредавЕяатся. повкшзнные требования по их трещзкостошсостзг.

3 цоследнна года с цслно сниезняя до Еорыищази: значений дефорлатнвностгг стрэжтальннх элементов из агаопслкк ерб е то на цельного сечопия одясвргыевяс' о тезтадагЕчэззавлн прк-змачи широко гшаленоотея конструкции коабнагроаанЕОГО тика.

На равне с е!вы ргцконааыюе проектирование агреесиестсшсзз: еозо'ЩКднй граб/ат ут-лублснзого теаяадсванля ачияяня раздпивнх к онотрухсиошая: факторов на нзсущти способность, трещняостсй-хосзь и дзфсрглаглвяоз'хь отдкагъшх "гигов етроаг&пмвх констрршдй.

ИзлояеннЕе соображения о достаточной очезндкогтыо обуславливав? актуальность исследовахгзя Еоггбащроваззаг балок из иоли-кербетояа с ея&то-раетящгжвм яедезобегпнкш "сердечником",

ЙКйЕ диосэрвазгеокной работа является эксларзангалоно-гео-резглческое определена» зотгач&г содержания жесткого компонентаг стзраяево! арматура, прстаэстао-дзаор-.гатявкЕГ характеристик материалов за гресршостоЗкость ж де^орлгзявнос.сь ЕомбвнироБаннкх аоязмербстояша: балок о лршолншйшм сяато-ргстянутым геяезо-бетонскм "сердечником",

3 связи о поставленной целью в задачи нсс.ЕЭДоваЕ£Й входят:

- определение рационального распшгонечая ^агезобетоныого "сер-дечняха" тастх-шо в растянутой зонэ се«ензчк эшбвнврованшгх нотжербетовяйс бахоз. а цз лес о о оразно з т.т» еошльзсеэдня их в объектах с арргсоавлой тксгалопгаесЕОй срэдо*;

- Еыязлгнкз з#зкгкбнозте щамеяения пэзпыерЗззояов с нозкгон-пой деформаюшноствд в растянутой зоне когаЗнннровашых балок;

- хнзработеэ лолшербзтокшк составов с задавиши фгзшсо-меха-шлесхзмп харгктерготгката;

-г-

определение влияния содержания несткего компонента ( "сердечника"-} , растянутых аркатур, хфочностно-де^ормативных характеристик цементного и полимерного бетона на трещвно-стойкостъ 2 деформатавность комбинировании: балок с сяато-растянутыми "сердечниками".

Научная новизна. Впервне знполнзям экспериментально-теоретические ксмгадованяя влития различных конструкционных факторов ка на1шякенно--дефорйфованное состояние шлишрбетошшх комбинированных балок с прямолкнзёкшЕ сжато-растянутыми "сердечниками". , Дана оценка влияния содержания жестхого элемента и стераяевых арматур, гфочтстт-де^орггатиьных характеристик материалов на трзщиностойкостъ н дефорыативность комбинировавшее балок. Экспериментально установлена связь физико-механических характеристик эпоксидно-битумных псишызрббгоЕов от содержания модификатора и смолы.

Практическое зяачанке работы состоит в апробации, г внедрении в строительную практику комбинированных появмзрбетонннх балок с сгатс-растянутьк псзрдечннкои", определены рациональные области варьирования ЕокструкционЕах факторов, подтверждена приемлемость предлагаемой расчетной методики.

Разработаны методика, алгоритм и программа расчета исследуемого конструктивного решензя коыбшщрованвнх балок.

Результаты ис&кдоваэй с достаточной достоверностью могут быи использованы как при строительстве новых прошшденшх объектов, гак Е при yceessgs Су«ЦЭСТ2(?ЕЩаК дефектных КОНСТРУКТИВНЫХ элементов.

Атэобааия таботн. Результаты исследований бнгг доложены на КПК "Защита от kojço3Es сгрзятзльннх конструкций и. оборудования на предприятиях хепчзскр& цромшиенюстя", Сумгаит-Баку, ( 1984г.), HIK !й)сковсг.ого института коммунального хозяйства н строительства ( 1990 и 1991 гг.).

По материалам диссертации оцубяаковано 5 печатник работ. Объем работа. Диссертационная работа состоит из введения, современного состояния вопроса по теме, эксперкЕлентально-теорзти-ческоЁ часта и вкззчаэт 5 глав, обциз выводы, список использованной литературы (170 наименовании), приложений s излажена па 155 страницах ыашинопненого' текста, содержит 62 рисунка и 15 таблиц.

Эксшршентальнна исследования, описанные в работе, вкпол-нены автором на научно-эксперямекталыой базе азншса 1Ъсстроя Азербайджана.

СЮдЕЙШИЕ РАБОТЫ

В работе изложен анализ о^/блвказаннкх научно-исследовательских работ до вопросу разработки и пркекешя материалов и конструкций на основе полимерных смол. Отмечены достоинстве я недостатки сучествущах иодификацЕй Еолгмербетонов, я конструктивных решена.® с ш. использованием в строительной практике.

Работ л Ю.Ы.Баяевова, Г.ЫРэгаана, Н.Б.йвгдка!, В. ¿.Воробьева, Е.А.Воокрдсекокого* С.С.Давндова, й.И,ЕлшЕша, ¿С.Жирова, Л.М.Еалага, ¿.Й.Нззнша, Б„ИЛ<сннс::огэ, З.А.Кжа£тдоа,В.И.Кди-кипа, А.В.Носарева, Н.А.йзщансксго5 В.Г.'.кпсулаского, В.ВЛЕату-рсбБа, Ю.Б.ЕЬтасова, И.2.Путлязва, Р.З.Ваххмоза,, А, А; Решетника,■ И.А.Рабьева,' З.П.СеляеЕа5 Г.£.Соловьева, В.Й.Солокатова, В.2. Харчевншсйва, А.И. Чебанентсо г ¡0. С.Черкшского, А. ЛЛйзгшза, ЯЛ''<Шзядко, Б^.Щ?кгрдажа, а также гарубвжянх ученых В.Вайса, Г.Взлча, 2.Шкаиара, Р,Лерж?а, Е.Окадн, Х.5кгла5 В.Ваглачанд-рана, К.Сядао, Й.Снмэоноза.и ряда дртгах авторе? позволила создать мзтодолодлпеенле основы экспериментальна-георе-тнзеского направления по созданию, изучении и расчету консгоукцяй на основе полимэрлатерлалов*

Цровед&гаггй обзор литературных данные показываю, что нз р.интетачзск'ех смол ъ овязг с- ушшзрсатькостъй фззнко-иехажчес-ипс характерисзяЕ, долговечности я достаточной лнертЕосст! 2 процессе зкеэ-угтацта наиболее перспективным являются поллмерма-терзала на основе энояся&янх смол. 3 езязи с относительной доро— гозазной, возмоонссга уаучшэная овс&та к разработки долкмербе-тонов с задакдалш харакгерЕстаяаця предегазлггтея .целесообразном пршенениэ различных модификаторов, а такье конструкций комбинированного типа.

Большое количество исследований проведенных я настоящему времени посвящена в основное разработке поло^рбетоноз ча основе различию; смол к модификаторов, а такзе конструкций комбинированного типа. К гяу чвнш влиянея различных факторов на характеристики конструкций, рационального располо^ення жесткого кошо-

нента в комбинированных элементах, возможности разработка поли-ыербетонок.с гадавньмк характеристиками; на основе определенных связуиздах до нзстояцаго времени вЕИмгнай уделано недостаточно. В связи с эгиа исследования проводились з двух направлениях:

- разработка эпохсидшх полншрбетонов модвфицировашшх битумом с. задананш фаззко-аехангческшш свойствами;

- изучение кшянга конструкционных факторов на трещаностой-кость и дейормаишЕссть комбинированных балок с сгато-граатя-нутнм яелезсбетоннкы сердечником.

При разработке связующего иолалербетона бага использованы: эпоксидная смола ЗД-20 (ГОСТ 10587-63), дабутшйггалат - ДБФ (ГОСТ 8728-58); битум- ЕВД-60/90 (П)СТ 6617-56), полиэтшгенпо-лааыин - ПЗЕ& ('1У 6-02-2-906-86), стирол (в качестве разанхи-теля бкгума) - (ГОСТ 10003-31).

В качестве минерального тонкодасперсного наполнителя применялся молотый, дзарцевнй песок, крупного заполнителя - грано-даоритовнй щебень крупностью 1,25-10 ш, мелкого заполнителя -

- речной песок к^угаостш 0,3-1,25 ш Дадкрского месторождения Азербайджана.

Автором была гсследована зависимость прочностных свойств эпоксидного связующего от содерназяя даб.у'Пщ^гата и битума. Модификатор (Ш?уы) предварительно разгшаааоя стиролом в соотношении 2:1.

Экспериментально установлено, что рациональной областью модифицирования эдаксгдннх сзязувадаг бих-уисм яэивазсв ингервал 25-75Й от массы сзш. За осаозе ишучааких сЕяеуэдгх бнж разработана ползкарЗезгалн сшяявгазазих сосгавоз. Табл. 1. .

Оценка физЕЕо-касака^сюгг характеристик вожшарбохоншх составов ировЕводшась ка образцах хубео^ с ребре».! 10 си", ж на призмах размерам 10x10x40 си. Де^оркщш псигшербатонов нзмэря-лгеь с шягощыз «а»горэансгороэ! с бавой вааврешя 20 ш, наклеенных по 4-а грагаг орзэга дай определения цродолькьгг дефоркацай, по 2 на арозЕзопоашыа грани образцов дет. опрзделзная цраделъ-ной растяаааосЕЕ е леперг^шгх дайораацай щн сжатии. Цродольнне деформации образцов дубдировалкеь шдакатораии часового типа с ценой делений 0,01 ш, установленными на базе 1/3 высоты призм.

Технология изготовления полшербзтонных составов была принята в соответствии с "Инструкцией по технологии приготовления пола-мербетонов и задашй из них. СЕ 525-80".

Таблица 1.

Составляющие; Носовая доля, в составах

1 2 3- •4 5 5 7 8

1 2 3 ■4 5 «■! 7 а 9

Эпоксидная смола. ЭД-20 11,5 14 Э,3 7,5- 6,25 13,3 11 ' 9,1

Битум в стироле - - 2,25 3,75 4,75 3,3 5,5 6;8

Полиэтилбнпшиайян 1,2 1,4 0,7 0,75 0,75 1,0 1.2 1,4

Щебень гранодио-ритовый 55 _ 55 55 55

Кварцевый песок 25 75 25 25 25 71,4 71,3 71,2

Езарцевая мука 7,3 9,6 7,75 8 8 11 11 11,5

Испытгнгя образцов яроводажсь з 28 днеземг возрасте твердении в норлальных условиях на 250 тонном гидравлическом прессе. Основные результата исннташй опытных соетавоз приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Характеристики

1=

Составы

Предел плотности,

при сгатии 1

ври растяжений 1

Предельная де$ор«а-тивнрсть, в %„ :

сжимаемость

растякимссть

Модуль упругости,

Коэффициент Пуассона

? ! я А 5 6 7 8

85г 5 95.2 61,2 77.4 62,8 55,6

6,5 9,3 7,5 5,3 5,8 5,3 5,2

- 4,73 5,3в 3,74 --

1.08 0Г75 - - 1,4-4 -

- 10,57 3,25 - - 7,67 -

- 0,287 0,325 - 0,412 -

По результатам испытанпй установлен* зазисгассть прочностных характеристик от содержания смолы з кда^гаеатара.

ч/

В результате иодвфшсацаи связувщегэ наблюдается снижение прочности цаашзрбетона при растякеяии на 14-35$, с одковремен-нкм увеличением вредельной растяншостн в 2,5-4,8 раза. Данное обстоятельство позволяет использовать эдоксацно-битукные полк-мербетоны в подясй мере в растянутой зоне изгибавшее элементов при содерзаЕин модификатора вплоть до от массы смолы.

В процессе исследований определена зависимость 6-& дали-ыербатонвнх сосвааов. Установлено, что до уровня нагружешя (0,4-0,6)^ завшогасть 8Г-£ для составов с количеством модификатора до 5С£? нклатательЕо нкеет ланейнки характер.

При моделировании опшяых балок использовались натуранэ материалы, бетонн и стервневая арматура соотвгтстзулцпх классов натурных элементов с учетец подобия площади сечения стер2не£. Все модели бшк изготовлены из полимербетона, а "сердечники" из тяжелого цеменгаого бетона. Коэффициенты пропорциональности масштабов преобразования баш приняты для модула упругости равного геометрических размеров ж прогибов 0,25, для усилия (0,25)-* и изгзбги^го момента (0,25 Я. Основные факторы изучения и пределы их варьирования ъ даш*г исследованиях приняты следующие: процент армирования "сердечника" 0,45-1^ и нолимербетонного обраглеша к. прочность бетона . -

Т5(, я 18-24 ШЗа и хшлшербэгона = 62-95,2 Ша,и процентного содержания яеетгаго компонента Нс = 32,5-42,^.

Образцы балок в количестве 33 штук, составляющие И серий с ' размерами 13г1ах145 са для базовкх балок и для балок серий ЕК-1Х и ЕК-Х, бша принята соответственно 13x13x145 и 13*20x145 см. Размеры "серзэчнтгеа" во всех случаях составляли 8х1СМ.45 см.

Балки и "сецдечааке" ашзровалгеь вязанными пространственными каркасами с двойзш «¡жаарованием в верхней зоне. 206 А-1, а в нижней зоне "сердечит" базовых балок -2010 А-Ш и шышиер-бетонкой части 3&2 А-й, с иоперечнЕШ стеренйаи кз еооэолоки

Н V-. '

Компановка факгороз и взлечин варьировании параметров приведены на Рис.1.

В кандой сериа балок из&енялсА 1 %актор с сохранением остальных по аналогии с базовшк.

После изготовления опытные балки хранилась в условиях при температуре 18-24°С к относительной влакности 70-8£$.

Еес.1. Компоновка варьируемых уторов опшзнг балок

по методу- планирования эксперимента "звездочка".

Ислнтанвя балок производились на нратшрекеннсе воздействие нагрузки кал однслрэлэтных, о двукя соередоточшЕымк силами цри-лоаеявнма в 1/3 продета. Загруженне пронзводнжсь ступенями разными!,35' кЕ с помощью насосной, стаяцаи с 25 тэннш домкратом, с, - 25-30 мин. вццврк1-:о2;необходи5о2 для снятая показаний приборов к осмотра бачок.

Деформации в ::сгЕонеЕтах сечения измерялись з зоне "чистого изгиба" цри поиозщ тензорззисторов с базой .53 би для подшербе-тока, и 20 мм для ариатурн п бетона "сердачнЕЗг1 назслееанке в непрерывную "цепочку", ©кбровне дефо^шацка: та высоте сечения оценивались в середине продета опытнях баетк.

Отчеты ло тензорезнсторам загкснвалясь до уровня кагругениЗ 0,8-0,9 от разруиазце?* с еоеодыо прибора ЦГК-1 в полуавтоматическом реянме с дву?ля автоматическими дереклззчатэляин.

^ Осадка опор и прогибы фсссировалксь в местах приложения сил, в середине пролета в в опорах с помоиьа инддкаторов часового типа с;ценей делений 0,С1 мы. Наличие трещин выявлялось переносным-микроскопом (ШБ-2) с ценой делений 0,05 ш.

При сопостовленш результатов испытаний в кавдом отд&тшноы ч / случае учитывались фактические прочностные характеристики компонентов модели на время проведения эксперимента с учетом длительности хранения контрольных образцов.

Проведенными экспериментальными исследованиями установлено, что до образования трещав, деаориацин в ариатуршх стеранях в у зоне "чистого изгиба" возрастают незначительно, v В момент появления трещгн;внзывзвддх выключение части растянутого поддазрбетока 1 уровень нагрузки, воспринимаемой растянутым полшербетонок над трещиной ?заачительно возрастает.

При 1фиблшенш к разрушающей нагрузке как правило наблвда-лось резкое нарастание деформаций арматуры. Ка уровне нагруке-v ний близком к разрушающему, наблюдались участка нелинейного депортирования. пелзшербетона. Нарушения равномерности деформаций арматуры по длине гонн "чистого изгиба" совладает, как правило, с образованием разрывов бетсна на уровае арматурных стержней.

Разность между деформациями арматуры в сечениях с трещинами и в середине шаду трезщнши с увеличением внешнего изгибаэ-щего момента растет, тем самым полшербзтон в большей степени вовлекается в работу элеиента. Увеличение доли изгибавшего момента, воещншндавмого бетоном, ыояно объяснить увеличением v площади растянутого батона, связанный. с уменьшением высоты сжатой зоны. Помшо а того, вероятно в бетоне, огцяпкаювеы арматурный стеркень,. появляатся внутренние трещины, не распространяющиеся на поверхность полшербетова. Следствием оказанного является резкое снЕкениа десуорааций растянутого ползмербетона по показаниям смеанюс тензорезисторов после образования первых треадш. . .

По результата! испытаний опытных балок установлено, что сов-мзетная работа "сердечника" с пешшзрбетоном обеспечивается в достаточной степени. Характерным для образцов является образование треадан в растянутой, зоне "сердечника" после проявления трещин в лолишрбетоке. Dpa этом трещины в "сердечнике" не всегда совпадали с расположением тренда на полшаербетоне, которое можно объяснить наличием внутренних дислокаций по поверхности

контакта, а таксе неоднородностью бетона. При верхних пределах в исследуемых интервалах процента арлирования и "сердечника", а такке ;в случае применения полимербетонов с погашенной предельной растяжимостью, нагрузка, вызывающая появление трещин в "сердечнике", находится в пределах 0,45-0,65 от разитнаицей.

Доля нагрузки, воспринимаемая растянутой арматурой "сердечника" значительна высока и ее характеристики белее полно используются в сериях балок Ш-0, БК-17, Ш-У,' БК-71 и ЕК-Х.

Величина прогибов в момент трещивообразоваяия для балок серий БК-У и ЕК-71 состовдяла 20-25$ от прогнбоз в момент начала разрушения, в остаташх случаях - 7,Ъ-\%.

В проведенных исследованиях, в качестве фактического уровня хрецаностойкос?и элементов принималась нагрузка, вызывающая еояв- ' лензе микротрэкщн в защитном сдое полшербэтона.

Результаты определения момента образования трещин, несущей способности и величина относительных прогибов опытных комбинированных балок приведены в табл.3. На основании полученных данных достроены зазисшости влияния конструкционных факторов на величину момента треидаообразованяя н разрушзцаго. Рис.2-7.

20- 59-

15 Н

5-

4и>

55'

о-| за 4

__ Маг > Г

ш/ /

/

2

Мсгс;М ЧЙЦ 20 т «И

4.5-

ИИ

5-

45-

43-

35-

О-1 30

!1 ЙСГСч *

¿X

Э.5

й5с.2. Влияние процента Рис.3. Згшяшз процента атаироваяля комбинирован- армирования "сердечников" ннх балок д на МЯ<,1Л на Мсгс.М"

Мск.Мкйм'. 50

15

А0-

5-

4И

55'

О ^ 50

• \/М

\ \

\

г 0 А а 5С

Мсгс-М »й» 20 -1 50-

Н5-

5-

45

й- -40

55'

О-5 30

_ * * /V,!, •л/__*■ X

*

20 ¿Ь ТЗцМЧ*

Рас.4. Влнянеэ процентного Рас.5, Влияние прочности содерхашн жесткого юшо- бетона "сердечника" ТК нента це на Мее.М на

20 - 5<Г

5-

•45'

4Вг

о-» го

* Лк /

и

> /

ОП —' «л__

20

■6-

5-

50'

■45

#

<50 60 -ЮО^Ш*

{Н 50

/

Мог

( . л и \

0.Й

Л»

Рис.6. Влияние прочности Рис.7. Влияние предельной полимербетона наМ^М растяжимости полшербетона 1 . е^ на

Результаты исследований позволили определить рациональные области варьирования изучаемых факторов, которые можно цринягь для процента армирования комбинированных балок и "сердечника" соответственно • =1,0-1,32 и {^=0,5-0,7^, для процентного содержания жесткого компонента |4С =35-39?, для прочности и предельной растяжимости полнмербатсна соответственно =60-100 Ша и е,»=(0,9-1,2)^.

По проведенные испытаниям установлено, что з комбинированных полнмербетонннх балках в о сне "частого изгиба" в среднем появляется 15-24 тращкн на 1 м условной длины. При этом с увеличением , процента армирования как "сердечника", так и балок, а также предела прочности подимзрбетона выслеживается рост количества нормальных трещин. С увеличением же процентного содеркания жесткого компонента ех количество. значительно уменьшается . , вследствие чего наблюдается увеличение' ширины раскрытия трещин.

В основу методики расчета комбинированных армополнмербетон-ных изгибаемых элементов с прямолинейным "сердечником" по предельным состояниям била, полонена методика предложенная для расчета железобетонных балок со стеклошастиковой обоймой, в работах В.Ы.Боадаражо и А.А. Шатана.

Автором настоящих исследований; в целях' усовершенствования методизм расчета многокомпонентных конструкций было предложено ы' учитывать и закономерность распределения напряжений в обра&шш-щем материале, являющемся ш сути полвмербетонной обоймой?рабо-тавщэй как упруго-пластичный ыатеряал.

Методика расчета опытных балок базируется на следующих исходных предпосылках:

считается справедливой гипотеза плоских сечений, что подт-' вервдается данными исследованиями;

исчерпание несущей способности элементов происходив в сечениях с трещинами, ввиду незначительности доли нагрузки воспринимаемой яолшербатоном над треищной растянутая зона конструкций неучатквается; - считается справедливым соблюдение условия совместности дефор— V/-' ыаций в отдельных компонентах элемента; закономерность распределения напряжений полшербетона ж бетона принимается в соответствии с системой выражений (1):

-22-"бв - 6и(2/(1- Ь/1

брй = (Н/Х)^

где, бь, бьг - напряжения бетона соответственно в крайней

слатой. оибре и на расстояния 2 от нейтральной оси;

- то не, для поликербетона;

6«. - напряжения бетона в крайней растянутой; фибре

н на расстоянии г от нейтральной, оси;

- то аз, для полдаарбетона;

X - высота сяатой зоны элемента;

Пь, Пл - характеристики <£ошы эпюр напряаеннй сзатой и растянуто! зон. бетона;

ПрЬ, - то ке, иолтаербетона;

Схема налра^енно-деаюрйированного состояния комбинированных изгибаемых полшербэтонных балок с "сердечником" приведена .на Рис «8.

С1)

Рхс.8„ Схема нашженно-дефозшфованного состояния комбинированных изгибаемых полшдербетонных балок с "сердечником": а.- в момент грещинообразованш; б,- в момент разрушения.

- 13 -

На основании гипотезы плоских сечениЁ деформаций в отдельных компонентах сечения определяется по зависимости

&ь = &5«.-21,/(К-Х) (2) где, 6ъ - деформации ¿-го компонента;

£{. - расстояние от нейтральной оси до ¿-го компонента; £уй - величина деформации предельной растяжимости полгмер-бетона;

Напряжения в когдганентах сечения с учетом выражения (2 ) находятся из выражений

61, О)

В общем случае для расчета по трещностойкости арлололимер-бетонных комбинированных изгибаемых элементов предложена формула, выведенная из условия равновесия внутренних н внекних сил с учетом закономерности распределения напряжений по высоте сечения.

* (О

где, - гардаэтр,учитывающий снакение модуля деформаций в завзсшлостн от.уровня нагружения при сжатии; 10 233' Р2101®5"331®;

= Еь/ Ецл

5й: = Ей/Еисл Ерй/Ерьш)

где, , Еуь - касательный модуль деформаций сжатого материала соответствующий моменту разрушения; - то же, растянутого материала; Е-ЫЛ,£рьМ ~ начальный модуль деформаций при схатии соответственно бетона и шлимэрбетона; Ец^^ЙЬ) - ™ не, при растжении.

- 14 -

3 исследованиях автора значения величин и для

различных составов шлшербетона и цементного бетона соответственно находились в пределах 0,66-0,76 и 0,6-0,75.

Положение нейтральной оси в ыогсент появления первых трещин определяется по формуле

/ _ ГЦЛй/би 5?'ыЛ , М^У^ы \ ,

ПйтЦ:'ЩГ —+

Сложность рассматриваемой задача состоит в том, что уравнение для определения относительной высота скатой зоны является существенно нелинейным, и входящие в наго значения величин Б^,

и представляют ссбой

Йгнкции искомого значения £сгс.

Учитнвая вшеизлоаенвое, представляется целесообразным решать задачу методом последовательного приближения» При этом решение задачи начинают в упругой постановка ж в шыент появления первых тредпн принимая Б^й. . б случае соблюдения одновременно и условия пошлются тредшы и в растянутой зоне жест-

кого компонента. После кандого прибликмая уточняются значения 6с, к по уровню напряжений установливаегся секущий модуль деформаций.

Расчет несущей способности комбинированных многокомпонентных изгибаемые конструкций производится по аналогии расчета по П предельному состоянии. В этом случае из дредположенея полного отключения растянуты« зоны бетона и пояшербетона не учитывается, н напряжения в крайних сзатых фибрах материалов соответственно цривЕмаится Е*&рЪ .

На основании проведенных исследований были произведены расчеты опытных балок по предлагаемой методике. Опытные и расчетные показатели балок приведены в Табл.3.

3 произведенных расчетах величина относительной погрешности принималась не более 0,04 и процесс итерация сходился за 3-5 приблизений.

Таблица 3.

Серия опытннх м Соотношение Отклонение по Относительные прогибы Ш>

балок КЙИ кЕм Мсуе/М М«с м при М<к при М

1 а о 4 0 V 6

БК-0 Д.95 38,98 0,307 4,5 5,1 1/677 1/78

11,43 37,10 0,308 — —

Ж-1 10,63 10 ДО 35,50 35,28 0.299 0,236 5,3 0,7 1/516 1/53

БК-П 13,42 12,77 42,63 39,08 0,315 0,327 .5,1 9,1 1/1057 1/78

ж-а 10,17 9,75 38,27 37,16 0,266 0,262 4,4 3,0 1/665 'г/69

к-с-и 11,64 И, 05 41,61 37,77 0,280 0,293 5,4 10,2- 1/716 1/65

БК-У 13,20 35,94 0,451 3,9 2,7 1/335 1/74

15,60 35,02 0,445 — —

шма 16, 61 ' 16,18 44,75 44,05 0,371 0,367 2,6 1,6 1/325 1/35

ЕК-УП 11,95 11,44 38,88 33,94 0,307 0,310 4,5 5,3 1/604 1/68

12,15 И,71 39,90 37,76 0,305 0,310 3,8 5,7 1/703 1/70

БК-11 8,50 8,09 31,79 29,25 0,267 0,277 5,1 8,7 1/680 1/102

Ж-1 14,21 13,69 48, Ю 48,41 0,295 0,294 3,8 3,6 1/644 1/73

Цршл Показатели вал чертой характеризует опытяке данные, а под чертой - расчетные.

3 целях определения эффективности комбинированных балок с "сердечником" автором было произведено сравнение несудей способности я трезданостоикостЕ с гселезобетокнши ж ардаполнмербе-тонннш конструкциями цельного сечения. Сравнительная оценка

показателей подтвердила преимущество комбинированных балок, и в случае равнопрочности балок наблюдалось значительное увзяачение трещзностойкости в 1,8-2Д и 1,25-1,45 раза относительно к железобетонным и аргапмшмэрбетонным с одновременной экономией дорогостоящего полшиербетона на 35%.

Рассматривались также балки с применением различных составов полшербетона. Сравнивались полиэфирные и эжжсвдно-битумные полишрбетонн. Балки из эпоксидно-йигушгызс полвыербетонов. обладает большими прогибами, являющимися следствием повышенной растяжимости (от 0,73 до 1,44^) , что вше лолдзфарных составов в 2,15-3,10 раза. При этом они обладают меньшей несущей, способностью с значительным повышением трещгностойгости и обеонечгваат работу конструкций без трещин вплоть до приобретения веяачвны нормируемых предельных прогибов.

Необходимо отметить, что прз произведении расчетов опытных балок в связи определенной сложностью рассматриваемой задачи были составлены алгоритм ж программа машинного расчета комбингрован-ных балок. Составленная программа позволила расчетать конструкции независимо от расположения нейтральной оси к жесткого компонента с заданной когреиЕостаью.

Оценка экономической эсйзктизнсстн комбинированных балок авторов рассматривалась в сравнении, железобетонных балок с антикоррозионный покрытием и комбинированных полжлербатоннкх балог. с прямолинейным аелезобзтонным сжато-расешуиш "сердечшж&з". Критерием наибольшей экокоглаческои эффективности было принято обеспечение гшш^та. приведенных затрат вклнназяцах себестоимость строительяо-аотнтаетш: работ, капитальных. влсдаекий з фонды строительных организаций, потери от возмоыного простоя осеозпых .■производственных: фондов, связанных с проведением рэмонтно-восста-новительных работ, возможных потерь оа; сокращения объема производства к СЕЕкевяя качества выпускаемой зцхэдукцзи:

Сопоставление приведенных затрат пс рассматриваемым вариантам производилось но относительный величинам, кратны:.! стоккооте "в деле" келезобетозшх балок. (кидаемый экономический эффект он внедрения комбинированных лсишмербвтокннх балок составит 10,25 кратной величины себестояыостг железобетонных балок "б деле".

В период нестабильной экономической обстановки стоимость материалов, конструктивных элементов, контаянкх и ремонтных работ постоянно меняются, и в зависимости от уровня инфляционного процесса величина абсолютной экономии от внедрения разработки. снигается. По мнению автора экономическую эффективность разработки модно определить по формуле

К, Н - -Kin-tj^) (8)

Инь

где, К;»- 5/Hni - условный коэффициент эффективности;

iblfci^sL - условные приведеннне затраты за 1 год по ба-зозоыу варианту с учетом инфляции;

- соотношение приведенных затрат, проведевнш. до начала эксплуатации по сравниваемая вариантам;

- коэффициент учитывающий увеличение долговечности конструкций;

- относительный коэф|ициеЕТ инфляции по сравни-вае?лш вариантам;

- ф/вксщЕ инфляционного процесса соответственно ' базового и сравниваемого варианта;

- тангенс утла наклона роста эксплуатационных • затрат, учитывающий величину относительных при—

вэдззнше затрат базового варианта, осуществля-е»®ё в процессе эхендуатацаз;

- то ж.зг срзвнЕваеиого варианта, что отноеггельвна ЕоэфЯздЕент инфляции по срав-'

нив&ешн взрзашгаа за хэсь срок эксплуатации объектов является постоянной величиной, предполагавшей проверционалвность роста уразэай кзагкцпа и цязаииая =1,2, автором бнжэ определено значение К=,. Дан ргссматравашнх вариантов за срок ~Iei,Tcj соот-ветстванно состозляпт 4,74 ж 6,27.

Оценку абсолютного экономического эффекта с учетом инфляции мояео определять до форв^ла :

Э= KrnHif(K£(tn) (9)

В нашем случае оаздаемнй абсолотный экономический эфрект за весь период эксплуатации leg составит 18,0 кратного стоимости конструкций "в деле" базового варианта.

■к» —.

let

К4 Щ/ ¡сг

к- КШ.

- Va

Црздпожгая,

ВЫВОДЫ

По данннм представленной работы могут быть сделаны следующие внводы: •■ • ...

1. Перспективным направлением разработки зпоксздных связующих и волшербетонов на их. основе является модифицирование нефтяными битумами, позволявшее запроектировать составы с заранее заданными физико-механическши характеристиками и значительно снизить стоимость материалов. Определена зависимость црочностко-дефор/ативных характеристик эпоксидных поламербзгонов мсощши-рованных битумом марки ЩД--60/30. Зксдерщ.<ея?алъно установлена рациональная область шдишецгрования алоксцщшх смол, что составляет 25-75$ от массы смола. Изучены конструкционЕнс свойства разработанных составов тлЕиарбетоноь ■ .

2. Изучено влияние конструкционных факторов на трещяностой-кость комбинированных полааербзтошшх балок с сжато-растявуткмя "сердечниками". Определены рациональны?, области варьирования конструкционных факторов, которые по т;э;»ультатам исследований для процента армирования жесткек келеообетоннш элементом ("сердечника") составляют -Д =35-335; для растянутых ашатур в по/ш-парбетоне - Д =1,0-1,52; в "сердечнике* -^-С>,5-0,75£; для прочности полшлербетона =30-100 Ша 'лря величине предельной растяжимости ^=(0,9-1,2)?«. Црочнос^но-дефотагагиване характеристики бетона "сереечшка" в рассматриваемом интервале не является оцределяюгциьш.

3. Проведенными исследованиями подтверждено, что комбинированные полшербетоняые балки с сжато-раетяЕукнмй "сэрдечнЕЕа'Лй" обладают высокой трзщиностоикостыо и прочности. Соотношение Мск/М для опытных банок ограничивается интервалом 0',256-0,4.66. УстакоЕлонс, что с увеличением прочности материала "сердечника", содержания растянутых арматур, величина М^/М меняется незначительно, хотя набжодэется тевденцая узеяачения трэадостозкости конструкций,

4. ЭксперимеЕтально-теоретичест; путзм подтверждена эффективность применения в комбинированных конотрукцкях полиыербзтош в предельной растязилостьв ( 0,76-1,44) % и установлено, что влия-нне данной характеристики на трещгностойкость балок значительно высоко. Увеличение процента растянутой: арматуры и предельной рас-

тянутой арматуры к предельной растянимости полимербетона до 1Д». способствует значительное повнленЕО трешиностойкостя комбинированных балок с яелезобетонянм "сердечником . .. 5. Пропесс нарастания средних. относительных деформаций растянутой аркатуры, крайних сяатшс волокон полишрбетона до момента трещинообразоваяия практически происходит по ливейнему закону. Выявлено, что деформации растянутой арматуры "сердечника" вплоть до уровня внешней нагрузки 0,6-0,8 от разрушавшей развиваются линейно и доля нагрузки, воспринимаемой стержнями, в большей степени зависит от величины предельно! растякимостя полшербетска, процента аршрозания растянутых стергней и кесткого элемента. Деформирование элемента при наличии тренда зависит от содержания растянутой арматуры и прочшстЕО-дехорматквных характеристик поди—-мзрбетона'.

6. Образование и развитие трещш комбинированных балок с сяато-растянутша "сердечниками" происходит по аналогии с желе-зобетояными. При этом трешрпш в "сердечнике" прояалявтся при наличии таковых в растянутой зоне полшербетона и происходит достижение уровня внешней нагрузки 0,45-0,65 от разрушающей. В опытных балках распределение нормальных трещин более равномерно я ка 1 метр условной длины зоны "чистого изгиба" составляет 15-24. Установлено, что на плотность расцредеяенЕя нормальных треадн в большей степени влияет содержание растянутой арматуры и прочвост-но-дефорлатЕвные характеристики полгмербетона.

7. Относительные прогибы опытных балок до момента трещинообразоваяия возрастают по линейнеыу затону, величина опытных значений находится в пределах 1/300-1/1200, что .удовлетворяет предъявляемый конструктивным требованиям. Абсолютное значение прогибов в середине пролета, соответствующее моменту трегщнообразова-

X ния, составляет 7,5-15? от величины в момент начала разрушения.

8. • Характер разрушения комбинированных балок практически не отличается от железобетонных-цельного сечения и- граница пере-ашировадая их значительно внше, -что определяется' соотношением прочяостннх характеристик полиыербетона и арматурной стали.

9. Произведенными расчетами ка кратковременное воздействзе нагрузки подтверждена необходимость учета закономерности распределения напряжений как "сердечника", так и полшлербетонной обой-ш. Значение параметра, учитывающее снижение модуля деформации в

зависимости от уровня яагрукешй материала, определено экспериментальным путем и для разработанных эткснцно-битумкых полшэр-бетонов составляет 0,66-0,75» Результаты сравнения статных данных с расчетными доказывают, что отклонение для момента трепш-нообразования не превышает +11,1$ для несущей способности

+8,8р ~0,0£, что подтверадает приемлемость преддогае;.юй методики расчета.

10. Экономическая эффективность применения комбинированных пояшербетонншс балок достигается за счет повышения межремонтного срока службы и долговечности конструкций, а тавае снинення гри-веденяых эксплуатационных затрат, возмошшх потерь. от сокращения объема производства к простоя техяслсггчегкого оборудована. С учетом снижения простоя основного производства оаидаемкй скоео-мический эдхсект от внедрения комбинированных гояЕиербзтоншх балок взамен железобетонных с автикорро-аижаш -покрытием составит 10,25 кратной величины от стоимости железобетонных балок "в дела".

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следуээдх работах:

1. Иеследовшие довгозечшйТЕ стро^-альшк конструкций деха эхш^юргЕдрина п/о "Оргсинтеза", разработка гшропрштаай. по гх усилена» и защите от коррозак / Расулов И»Р., йфзадов В.Г., Юси~ фов Н.Р. и др.// Защита от коррсзкЕ сгроЕтельннх коеотивдей я оборудования ка предприятиях шякесаой лрошгаяенности. Тезисы Респ.НТК. Сумгзит-Баку-1984. -Еажу: лКразны2 Бссгок", 1934.-е.46,

2. Натурше обследования строительных конструкций производства хлора и каустйлескон сода даафрахызннж методом п/о "Здаяром" и ;,Оргскатез" / Еараег b.üu, Расулов И.Р., 1усейнова А-.А,,Юмйоб Н.Р. е др.// Защита от корроззи строительны: конструкций и оборудования на прадоретедях хнмачвекой црогиашезносжа. Тезисы Реоп_~ ' ЕЗК. Су^аиг-сйжу-1984.. -Баку: "Красный Росток-1, 1S34. -с.41.

3. .Хромец Ю,Е., £се£ов Н.Р. Воцросн долговечности подааар-бетонов я конструкций на ex ockoes и опыт цшизяония sdí з раздшч-ннх отраслях производства, -Дёпошр.во ВгШИШЖ, Вып. 10,J£10700. 1990. -32с. "

4. Хроыец З.Я., ВсвХоь Б«. Р. Комплексные конструкции на основе армополимербетсна. -Дапонир. во ВШйНЗШ, Eto.lO. £10701. 1990. -20с.

5. Юззфов Е.Р. ТрещиностоЗкость армополимербетонных композиционных балок с прямолинейным железобетонный "сердечником" / Развитие регионального строительного комплекса в новых условиях хозяйствования. -Баку: 1991. -с. 137-145.