автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние армирования стержневых элементов на развитие деформаций при низкотемпературных воздействиях и прочность при сжатии

V. •..> ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ . НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ)

На правах рукописи

ПАРШИН Виктор Максимович

УДК 691.87:693.554

ВЛИЯНИЕ АРМИРОВАНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА РАЗВИТИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И ПРОЧНОСТЬ ПРИ СЖАТИИ

Специальность: 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Государственном Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструк-торском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя РФ

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук,

&.н.с. М.Г. Булгакова. ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ -доктор технических наук

ВЕ.фТЦАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Центральный научно-исследовательский и

на заседании специализированного Совета К.033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетойа и железобетона (НИИЖБ) Госстроя РФ по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул.дом 6.

Совет направляет Вам для ознакомления данный автореферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенные печатью, направить по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 2> " е*^пл//^^1993г.

Ученый секретарь

профессор Е.А. Чистяков, кандидат технических наук с.н.с. В.П. Шевяков

провктно-экспериыентальный институт промышленных зданий и сооружений(ЦНИИпромзданий)

Защита диссертации состоится (А ОптЦ^/г Л 1993г. в часов

специализированного совета, кандидат технических наук

Т.А.Кузьмич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность . Проблема долговечности железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в суровых климатических условиях в сочетании с высокой влажностью, остается одной из основных и э настоящее вр«мя. Опыт эксплуатации показывает, что во многих сооружениях, таких как транспортные и технологические эстакады, причальные сооружения, различные платформы, открытые этажерки, градирни ТЭЦ и др. выявлены железобетонные элементы, разрушение которых начинается уже после 3..5 лет эксплуатации. Характерными повреждение ямя при атом является: продольные трещины вдоль рабочей арматуры, отслоение защитного слоя бетона, повышение деформативности. Известно, что в бетоне при циклическом замораживании и оттаивании (ЦЗО) накапливаются остаточные деформации деструктивного расшире- . кия. Аркатура железобетонных элементов, являясь дополнительной жесткой связы), сдерживает развитие остаточных деформаций 'в направлении своего расположения, однако возникащее при этом напряженное состояние в объеме элемента не всегда является позитивным. Естественно предположить, что вид, направленность и величины суммарных напряжений зависят не только от уровня армирования, но и характера размещения аркатуры в железобетонных конструкциях.

Одним из способов уменьшения деструктивного расширения и повышения таким образок долговечности железобетона может являться рациональное размещение арматуры в его объеые.

В связи с этим целью работы явилось .исследование влияние характера и интенсивности армирования стержневых элементов на развитие деструктивных процессов в бетоне и прочность при сжатии в условиях воздействия низких температур и высокой влажности; отыскание способов рационального армирования и разработка предложений по расчету железобетонных элементов с учетом позитивной роли поперечного армирования при морозных'воздействиях.

Автор за щтгтц а е т :

- методику и результаты экспетэиментальных исследований влияния продольного, поперечного и смешанного армирования на развитие остаточных линейных и объемных деформаций стержневых элементов при циклических низкотемпературных воздействиях в водонасыценном состоянии;

- ирсдлилсшгл но аналитическому описанию зависимости-остаточных объемных деформаций от коэффициента относительного объемного содержания арматуш; . .

- методику и результаты экспериментальных исследований проч- • ности на сжатие железобетонных элементов при циклических низкотемпературных воздействиях;

- предложения по аналитическому выражение зависимости снижения прочности железобетонных элементов при кратковременном сжатии от величины остаточных объемных деформаций деструктивного расширения бетона и приращения его влажности при ЦЗО;.

- предложения по оптимальному армированию сжатых стержневых элементов, позволяющие повысить вх долговечность при эксплуатации в условиях воздействия низких отрицательных температур и высокой влажности;

- предложения по расчету железобетонных элементов с учетом позитивной роли поперечного армирования при морозных воздействиях.

Научную новизну работы, составляют:

- методика испытаний железобетонных стержневых элементов в незагруженном и загруженном состоянии при циклических низкотемпературных воздействиях в условиях водонасыцения;

- результаты экспериментальных исследований остаточных линейных и объемных деформаций армированных элементов при ЦЗО;

- предложение по аналитическому выражению зависимости остаточных объемных деформаций от соотношения объема поперечной и продольной ащатуры; ,

- результаты экспериментальных исследований прочности стержневых элементов при сжатии при различном соотношении количества поперечной и продольной арматуры;

- предложения по оптимальному армированию стержневых элементов с целью повышения их долговечности в условиях воздействия низких отрицательных температур и высокой влажности;

- рекомендации по расчетной оценке позитивной роли поперечного армирования в расчете железобетонных элементов при морозных воздействиях. , '

. Д о с т оверность результатов исследований подтверждается согласованностью полученных экспериментальных данных и расчетных предложений, настоящей работы и возможностью их использования в оценке результатов опытных данных других авторов.

Практическое значение раооты зшыш-чается в том, что получены новые данные о влиянии характера и интенсивности армирования стержневых элементов на развитие остаточных линейных и объемных деформаций деструктивного расширения дои ЦЗО и прочность при сжатии. Введено понятие степени относительного объемного содержания арматуры, что позволяет оценить развитие остаточных объемных деформаций и снижение прочности в зависимости от

которое

соотношения объема поперечной и продольной арматуры,, -обозначено коэффициентом Л/ . Установлена взаимосвязь остаточных объемных деформаций, прочности и влажности при циклических низкотемпературных воздействиях. Предложено оптимальное армирование стержневых_элементов, позволяющее повысить их долговечность в условиях воздействия низких отрицательных температур и высокой влажности. Разработаны • рекомендации по расчетной оценке поперечной арматуры в виде хомутов в работе сжатых стержневых элементов.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертационной работы изложены в четырех научных публикациях, а также докладывались-на научно-технических конференциях Иркутского политехнического института (1987, 1988, 1989г.), Ангарского технологического института (1991, 1992, 1993г.), Лаборатории коррозии НИШБ (1991, 1992г.).

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 132 наименований и приложения. Работа изложена на 159 страницах, включая 29 рисунков и 24 таблицы.

Рассматриваемая работа выполнялась в основном в Лаборатории коррозии и долговечности бетона и железобетона НИИЖБ под руководством к.т.н. Булгаковой М.Г. Некоторая часть экспериментов поставлена на кафедре "Строительные конструкции" Иркутского политехнического института.

Содержание р -а б о т ы

Поведению бетона при низкотемпературных воздействиях уделялось и уделяётся самое серьезное внимание. Основные факторы, влияющие на его морозостойкость, исследовались в работах С.Н. Алексеева, В.IVБатракова, B.C. Гладкова, A.A. Гончарова, Г.И. Горчакова, Ф.М. Иванова, О.В^ Кунцевича, В.М. Мазура, С.А. Миронова, В.М. Москвина, А.Ф. Ыилованова, H.A. Ыощанского, A.M. Подвального, А.Н. Савицкого, Б.Д. Тринкера, А.Е. Шейнина, В.Н. Ярмаковского, М. Валента, Р. Валоре, А. Коллинза, Т. Кеннеди, Т. Пауэрса и др.

Внешним проявлением изменений, протекающих во влажном бетоне при ЦЗО, являются остаточные деформации расширения, ппоявлящиеся вследствии образования и развития уже имеющихся микро- и макродефектов. Исследованиями Ф.М.Иванова, В.С.Гладкова, Г.С.Рояка установлено, что разрушение бетона, проявляется в накоплении остаточных деформаций расширения, величина которых является критерием его \ деструкции и может служить косвенной характеристикой морозостой? кости. Метод определения морозостойкости по величине остаточных продольных деформаций расширения был предложен в ГОСТ 10060-76, где их величина в зависимости от расхода цемента составляет (50...100)*10~^мц/мм. Снижение прочности при этом не превышает

Ш-

В железобетонных элементах арматуЬа, являясь дополнительной жесткой связью, сдерживает развитие деформаций при низкотемпературных воздействиях, в связи с чем в ней возникают напряжения растяжения. Так исследованиями Л.Г.Булгаковой, Е.А.1^зеевд, Б.Ы.Мазура, Б.И.Пинуса, В.В.Семенова и др. было установлено, что на!стадии замораживания в арматуре возникают напряжения растяжения, которые могут достигать величины б= 120 MQa. Эти напряжения при суммированное напряжениями от нагрузки могут вызвать наступление текучести армЬтуры и привести к значительному раскрытию трещин и росту прогибов. В исследованиях А.И.Юндина, Г.А.Ткаченко и др. были отмечены остаточные продольные деформации расширения центрально-армированных образцов, хотя и значительно меньше, чем в бетонных. М.П.Кончичев, исследуя влияние вида 'и степени напряжения на морозостойкость железобетонных конструкций, установил, что развитие деформаций расширения армированного бетона в продольном и поперечном направлениях начинается с первых же циклов замораживания и оттаивания. Установлено им также и проскальзывание арматуры относительно бетона; причем оба эти-процесса развиваются неодинаково на различных участках центрально-армированшх элементов, достигая максимальных значений на концах и уменьшаясь к Середине по их длинеС Увеличением диаметра арматуры остаточке деформации в направлении ее расположения Уменьшаются, однако не пропорционально изменению площади сечения.

Исследования! проведенные М.Г.Булгаковой, А.А.Корбухом и Е.А.ГУзеевым'по оценке влияния ЦЗО на работу двухпролетных неразрезных балок в водонасыщенноы состоянии показали, что в процессе

спытаний происходит дополнительное перераспределение усилий из ролетного сечения в опорное и наоборот, в зависимости от армиро-ания. В балках^7симметричным армированием прояетного и опорного ечений наблюдалсяйезатухающий тост деформаций расширения в сжа-ой и рсст;шутой'зонах бетона, а также рост прогибов. После раз-рузки в балках восстановилось только 15 - 20 % деформаций и про-ибов, что свидетельствует о значительных необратимых пластичес-их деформациях. В увлажненных балках происходило полное или час-ичное закрытие нормальных трещин с поверхности, но отмечено бразование трещин вдоль арматуры и в растянутой и в сжатой зонах етона. Разрушение балок после ЦЗО в водонасыщенном состоянии

0 всех случаях происходило'пр-наклонноау сечению, т.е. менялся арактер разрушения. Все эти процессы происходит в пределах мо-юзостойкости бетона.

Влияние поперечной арматуры на прочность и деформации сжатых :елезобетонных элементов, изученное достаточно хорошо при поло-ительных температурах, в условиях низкотемпературных воздействий :сследовалось недостаточно. В основном поперечное армирование ручалось в связи с армированием концевых участков предварительно [апряженных изгибаемых элементов.

А.Н.Ендин и М.П.Кончичев исследовали влияние спирального арми-ювания на прочность анкеровки при ввдергивании стержней из призм, [ми было установлено, что если до проведения низкотемпературных [спытаний, спиральное армирование повышает прочность анкеровки в ;,5 раза, то после 80 циклов замораживания и оттаивания почти в

1 раза. Эффект спирального армирования заключается в том, что :пирали способствуют снижению уровня растягивающих поперечных ищряжений, возникающих вследствии необратимого расширения бетона.

. Применение поперечной арматуры в виде хомутов теоретически [енее эффективно, но технологически предпочтительнее по сравнении ! другими видами поперечного армирования.

Проведенный анализ показывает, что при низкотемпературных воз-1ействиях арматура усложняет напряженно-деформированное состояние ) объеме элемента, увеличивает его неоднородность, что в некоторые ¡лучаях может сказываться на величине значимых технических характеристик конструкций.

Поэтому представлялось целесообразным изучить влияние характера и интенсивности армирования на деформации и прочность желе-юбвтона при ЦЗО на примере стержневых элементов.

- б -

В связи с этим основными задачами работы являлось:

- получение экспериментальных данных о влиянии продольного, поперечного и смешанного армирования стержневых элементов на величину и характер развития остаточных деформаций деструктивного расширения бетона и на изменение прочности при сжатии при низкотемпературных воздействиях;

- установление такого армирования, которое позволило бы снизит степень деструктивных изменений в бетоне и повысить долговечность конструкций при их эксплуатации в условиях воздействия низких отрицательных температур и высокой влажности;

- разработать предложения по расчету железобетонных элементов с учетом позитивной роли поперечного армирования.

Для реализации поставленных задач были проведены экспериментальные исследования'. В соответствии с методикой исследования проводились на призматических образцах размером 150x150x600 мм. По степени насыщения продольной арматурой образцы подразделялись на три группы: первая с /**=($, вторая с /л5 = 2,($ (4 #12 AIII), третья с /л}= 3,6% (4 jilo ÁÍII). Каждая группа состояла из трех подгрупп: первая с шагом поперечных стержней 50 мм, вторая - 100 т и третья с шагом соответствующим конструктивным требованиям. Хомуть приняты из арматуры 06 АП1. Таким образом, всего было испытано девять серий образцов, состоящих из 168 бетонных и железобетонных призматических элементов.

Образцы изготавливались из тяжелого бетона естественного твердения йа ангарском портландцементе активностью 43,4 Mlla. В качестве заполнителя использовался фракционированный гранитный щебень и речной песок с модулем крупности 3,0. Состав бетона по массе 1:1,58:2,83 (В/Ц = 0,5; ОН = 3-4 см), марка бетона по морозостойкости F 200.

Циклическим низкотемпературным воздействием подвергалось 89 образцов в ненагруженном и 12 в нагруженном состоянии. Нагружение осуществлялось в специальных пружинных установках, каждая из которь позволяла испытывать одновременно два образца. Уровень загружения принимался ~0,4NH , как наиболее близкий к эксплуатационному. Низкотемпературные испытания проводились в термобарокамере СТБВл - 8000. Возраст образцов к моменту исследований составлял 206-215 суток. Суточный цикл испытаний состоял из 3-х часового охлаждения

о -50UC, 3-х часовой изотермии, 2-х часового подъема температуры о -Ю°С и последущего оттаивания в воде. Через каждый цикл испы-аний производился осмотр оттаявших образцов, измерение продольных поперечных деформаций, взвешивание образцов - кубов. Измерение родольных деформаций производилось переносным индикатором часового' ила с ценой деления 0,01 мм. на базе 400 мм. Поперечные деформации змерялись переносным индикатором с ценой деления 0,001 мм на базе 0 мм.

- В каждой серии кратковременному сжатию до разрушения подверга-ось не менее трех образцов: перед водонасьщением, после 5-ти су-очного водонасыщения, после 10, 20 и 30 ЦЗО. На всех перечисленных тапах воздействий влажность бетона определялась по двум пробам из редней части каждого образца.

Исследования показали, что в армированных образцах сдерживающее лияние продольной арматуры на рост деформаций в направлении своего асположения проявляется с возрастающей степенью. На начальных эта-ах низкотемпературных воздействий влияние арматуры невелико, но а границе исчерпания морозостойкости бетона степень снижения достигает 2...3-х раз, причем при большем проценте .армирования степень нижения выше. Кроме того продольная арматура изменяет характер азвития остаточшх продольных деформаций с экспочециального в нс&р-нрованном бетоне на практически линейный в армированном.'

В поперечном направлении продольная арматура вызывает ускорен-ое развитие остаточных деформаций с первых же циклов замораживания оттаивания и к моменту исчерпания морозостойкости бетона их вели-вна в 1,7...2,0 раза больше, чем в бетонных, причем, чем выше п'ро-ент армирования, тем больше их величина.

Поперечная арматура, в связи с ее незначительной мощностью, е снижает величины остаточных деформаций в направлении своего рас-оложения на всех этапах циклических низкотемпературных воздействий пределах морозостойкости бетона. Лишь на границе морозостойкости в бразцах с наиболее мощным поперечным армированием величина деформа-ий примерно та же, что и в бетонных, а характер их развития ппиб-ижается к линейному.

В то же время в продольном направлении поперечная арматутза вызнает ускоренное развитие деформаций уже после нескольких циклов замо-аживания и оттаивания, причем с уменьшением шага хомутов скорость оста увеличивается.

- а -

В образцах армированных в продольном и поперечном направлениях гродольная арматура оказывает более заметное влияние, на величину деформаций, снижая их -до 3-х раз вдоль своего расположения и увеличивая до 2-х раз в перпендикулярном направлении. Увеличение мощное ги поперечного армирования способствует росту остаточных продольных деформаций примерно в 1,4 раза и уменьшению поперечных в 1,3-1,4 ра

В связи с тем, что и продольная и поперечная арматура оказывают влияние на остаточные деформации в каждом из трех направлений, причем порой ето влияние неоднозначно, были рассмотрены^остаточные объемные деформации. Проведенный анализ показал, что их величина зависит от соотношения продольной и поперечной арматуры.

Была рассмотрена связь остаточных деформаций с насыщением объема бетона арматурой. С этой целью для всех вариантов смешанного армирс вания определялось отношение объемного содержания поперечной арматура ( V/1 ) к продольной ( V/ ), которое названо в дальнейшем коэффициентом относительного объемного содержания арматуры и обозначено оСу/

Рассмотрение процесса деформирования в зависимости от значения <Лу (рис.1) позволило установить, что по мере насыщения элемента поперечной арматурой и возрастания и.* происходит рост остаточных продольных ( Е ) деформаций и снижение поперечных ( ),'причем уменьшение последних происходит более интенсивно. Продление прямых продольных и поперечных деформаций до пересечения, говорит о том, что при ¿.у =(1.1. ..1,2 3) они будут равны. Более наглядным и однозначным является анализ остаточных объемных.деформаций. С увеличение значения «¿у происходит уменьшение их величины и при £ = £' можно полагать будут минимальны.

Для описания зависимости остаточных объемных деформаций от коэффициента Лу было получено простое линейное уравнение:

вост • - 179.(2,1- ¿у )'Фр (I)

где N - количество ЦЗО, при которых определяются остаточные объемные деформации;

Мр - количество ЦЗО до исчерпания морозостойкости бетона.

Уменьшение остаточных объемных деформаций с ростом коэффициента о^у свидетельитвует о снижении степени деструктивных изменений в бетоне армированного элемента, а увеличение наклона кривых о его возрастающем влиянии с ростом количества ЦЗО.

Снижение степени деструктивных изменений бетона-с увеличением значения «Су сказалось и на прочности армированных элементов при

сжатии. При максимальной величине коэффициента было получено наименьшее снижение прчности, а с увеличением его значения скорость падения прочности возрастала. При количестве циклов равных пределу морозостойкости бетона зависимость снижения прочности (аЫ) от коэффициента относительного объемного содержания.арматуры выражается уравнением вида:

¿/V = 5,7.(1,4-¿у), (2)

где аА/ в %.

За пределом морозостойкости бетона влияние коэффициента а(.у/ усиливается.

Рассмотрение опытных данных и уравнений (I) и (2) показало, что связь снижения прочности с остаточными объемными деформациями носит линейный характер (рис.2)-и может быть выражена уравнением:

АМ = О,О4-(0осг- 173). (3)

В исследованиях установлено возрастание влажности бетона.по массе по мере морозных воздействий и ее зависимость от величины остаточных объемных деформаций (рис.2) и степени насыщения объема бетона арматурой.

Низкотемпературные испытания загруженных образцов показали, что нагрузка способствует снижению остаточнж объемных деформаций в бетонных образцах (до 20%) и в армированных с максимальным значением коэффициента </„ (до 30%), а при минимальном его значении влияние нагружения незначительно. Качественная картина влияния нагружения сжатием, принятого уровня, на деформации, отражается и на изменении влажности и несущей способности. При минимальных значениях коэффициента </У влияние нагружения практически не ощущается, а при максимальных прирост влажности и снижение прочности меньше, чем в незагруженных образцах. За пределом морозостойкости влияние нагружения снижается.

Анализ деформирования железобетонных элементов под воздействием центрального сжатия, показал, что результатом циклических низкотемпературных воздействий является возрастание линейных и объемных деформаций, уменьшение зоны упругой, работы и снижение верхней границы микротрещинообразования бетона при всех принятых вариантах армирования. Однако уменьшение шага поперечной арматуры способствует возрастанию линейных и объемных деформаций и меньшему'снижению верхней границы микротрещинообразования бетона.

Рис.1. Зависимость остаточных продольных (£ ), поперечных (£') и объемных (<?о<.г) деформаций от коэффициента относительного объемного содержания арматуры (<//)

-кривые, полученные при обработке опытных данных

—----кривые, полученные по формуле (I)

Таким образом снижение прочности железобетонных элементов при ЦЗО связано со степенью деструктивного расширения бетона в его объеме. Степень же деструктивного расширения бетона находится в прямой связи с характером армирования элементов. В пределах настоящего эксперимента по всем показателям можно утверждать, что оптимальным армированием является такое, при котором количество /объем/ поперечной и продольной ашатуры бл№ки между собой.

Так как характер армирования существенным образом влияет на работу сжатых стержневых элементов в условиях воздействия низких отрицательных температур и высокой влажности, то для их проектирования необходимы приемы, позволяющие учитывать расчетом работу поперечной арматуры, которые на сегодня в явном виде-отсутствуют в действующих нормах.

Для определения несущей способности сжатых элементов с учетом поперечного армирования представлялось целесообразным использовать в основе формулу, предложенную Е.А.Чистяковым, базирующуюся на формулах (4S-5I) СНиП 2.03.01-84х:

ett'hf-rAsh-fo-fi'h**''*' (4)

где ДО sf> - коэффициент, учитывающий работу бетона защитного слоя, определяемый по рекомендациям Е.А.Чистякова; - площадь бетона" защитного слоя;

все остальные обозначения в соответствии со СНиП 2.03.01-84х.

В связи с тем, что эффективность поперечного армирования хомутами ниже сетчатого, были проанализированы формула (48) СНиП 2.03.01-84х и результаты исследований а.А.Селезнева на основании чего предложено определять коэффициент ( if ) из выражения:

<Р - 1 , , (5)

т 0,4+ ^

где У - по СНиП 2.03.01-84х.

Сравнение расчетных значений прочности, полученных по формуле ( V ) I с опытны.™ показало их хорошую сходимость в образцах воздушно-сухого хранения, после 5-ти суточного водонасыщения и после ЦЗО, соответствующих пределу морозостойкости бетона. Подтверждено, что призменная прочность бетона после низкотемпературных воздействий должна определяться с учетом коэффициента условий работы ^

Ш зов Ш 5000ас,'1О*

Рис.2. Зависимость снижения прочности (ла/) и приращения влажности от остаточных объемных деформаций (&0сг. )

О А

• АШг

опытные данные и теоретическая кривая для зависимости от восг

опытные данные и теоретическая кривая для зависимости д N от восг

Опытные значения прочности, полученные в работах В.Й.Довгалюка и Р.Залигера при другой геометрии образцов, также достаточно хорошо согласуются с результатам^ предложенной формулы.

При сопоставлении значений несущей способности по предложенным приемам со значениями посчитанными по действующим нормам без учета поперечной арматуры, было установлено, что положительное влияние поперечного армирования начинает сказываться с определенных значений коэффициента с/»/ . В связи с этим в работе сформулировано понятие граничного значения коэффициента относительного объемного содержания арматуры ( ), при котором прочность по формуле ( Ч ) равна прочности, определяемой по действующим нормам без учета работы хомутов. Анализ опытных и расчетных значений несущей способности показал, что с ростом прочности бетона коэффициент возрастает, а с увеличением мощности продольного армирования уменьшается, что позволило для его определения предложить следующую формулу:

' о»1 7^7- (6)

Сравнение расчетных значений , полученных при определении прочности по формуле ( Ц ), с результатами формулы (6) для условий нашего опыта, данных Р. Залигера и элемента сечением 400x400 мм (табл.1), иоказало ее достаточную точность.

На основании проведенного анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований, предложен порадок расчета сжатых стержневых элементов со случайными эксцентриситетами с учетом работы хомутов. Это позволяет повысить долговечность таких конструкций, эксплуатирующихся в сложных природно-климатических условиях.

Приведенный пример расчета свидетельствует о том, что при одинаковой несущей способности расход арматуры в элементах, расчитан-ных с учетом работы хомутов, не больше, чем в элементах, запроектированных согласно действующих-норм.

Таблица I

Ставнение граничного яначения коэффициента ( ^^гр.тосч.) пш'определении несущей пособности по фошуле (4) со значением из выражения (6)

Сечение элемента мм. Продольная арматура Прочность бетона, Ша '-Р. рАСЧ. ¡¿V ¿V по форм, .(б) гр.ласч ».V

Опыты автора

150x160 4 ¡612 36,8 0,^4 0,43 1,02

29,42 0,34 0,36 0,97

25,76 0,3 0^3 1,0

4 £¡16 36,8 0,26 0,26 1,0

29,42 0,2х 0,21 1,0 *

25,76 0,17 0,16 0,94

Опыты °.3алигег>а

300x300 4 ¿23 13,43 ' 0,3 0,31 0,97

Расчетные, при определении по формуле ( 4 )

400x400 4 $16 14,о 0,76 0,79 . 0,96

27,6 . • 1,44 1,0 0,96

4 ¿¡25 14,5 0,31 0,32 0,97

27,6 ' 0,6 0,61 0,98

4 ЛЙ2 • 14,о 0,17 0,2 0,85

27,о 0,36 0,37 0,97

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнены экспериментально-теоретические исследования влияния характера и интенсивности армирования стержневых элементов на развитие деформаций деструктивного расширения бетона при низкотешератур-шх воздействиях и прочность при сжатии.

2. Разработана специальная методика испытаний, позволяющая исследовать деформации и прочность стержневых железобетонных элементов

в условиях циклического воздействия низких отрицательных температур и высокой влажности в незагруженном состоянии и при длительном действии сжимающего усилия эксплуатационного уровня.

3. Исследованы линейные деформации деструктивного расширения бетона при ЦЗО в зависимости от мощности продольной (/^$=0....3,6$) и поперечной (при варьировании шагом хомутов от.250 до 50 мм) арматуры. Установлено, что предельная арматура изменяет характер.развития остаточных линейных деформаций расширения с экспоненциального.

в неармированном бетоне на практически линейный в армированном, снижает. их величину в направлении своего расположения и увеличивает в перпендикулярном направлении. К моменту исчерпания морозостойкости бетона аудирование может снизить остаточные продольные деформации в 3 раза и увеличить поперечные до 2-х раз.

Поперечная арматура способствует росту остаточных-деформаций в продольном направлении и при исчерпании морозостойкости бетона их величина в 1,7...2,3 раза больше, чем в неармированном бетоне. В направлении своего расположения поперечная арматура не снижает остаточных деформаций, что связано с ее.незначительной мощностью.

4. Установлено, что для анализа влияния характера и интенсивности армирования на развитие деформаций деструктивного расширения бетона при ЦЗО целесообразно рассматривать объемные деформации элементов, а их зависимость от армирования представить в виде отношения объема поперечной арматуры к общему арматуры в.продольном направивши. Это отношение названо коэффициентом относительного объемного содержания арматуры - ¿V •

' В исследованиях получено, что чем выше значение Лу/ ,. тем меньше величина остаточных объемных деформаций, а следовательно меньше степень деструктивных изменений и выше долговечность конструкций.

5. Подучена зависимость значений остаточных объемных деформаций от коэффициента относительного объемного содержания арматуры

«¿у, которая носит линейный характер. С позиций сдерживания деструктивных процессов оптимальным является такое армирование, при котором ¿V близко к 1

6. С увеличением'количества ЦЗО отмечено возрастание влажное-, ти бетона по массе и ее связь с величиной остаточных объемных деформаций и коэффициентом относительного объемного содержания ар-., матуры. Подучены аналитические зависимости связывающие увеличение влажности с коэффициентом и остаточными объемными деформациями. На основании этой) предложено использовать изменение влажности бетона по массе в качестве косвенного показателя происходящих деструктивных процессов.

л 7. При ЦЗО даже в пределах морозостойкости бетона происходит падение прочности армированных элементов. Степень ее снижения находится в прямой связи с характером армирования, т.е. с величиной коэффициента относительного объемного содержания арматуры. С ростом значения «¿V за счет увеличения мощности поперечного армирования, степень снижения прочности уменьшается. Предложена-аналитическая зависимость, позволяющая оценивать изменение прочности при морозных воздействиях в зависимости от характера армирования.-

8. Исследовано влияние длительного нагружения эксплуатационного уровня (~0,4Мм) на развитие процессов морозной деструкции бетона и несущуюспособность при различных условиях объемного армирования. Показано, что при приближении к оптимальному армированикГ длительное нагружение, в пределах морозостойкости бетона, сникает величину остаточных объемных деформаций до 30$. Качественная картина влияния нагружения сжатием, принятого уровня, на деформации, отражается и на изменении влажности и несущей способности.

За пределом-исчерпания морозостойкости положительное влияние нагружения ослабевает и после 30 ЦЗО практически не ощущается при наиболее частом расположении хомутов, а при наиболее редком их гаспо-ложении даже отрицательно.

9. Разработаны предложения по расчетной оценке прочности сжатых элементов при их ЦЗО с учетом влияния характера армирования. Введено понятие граничного значения коэффициента относительного объемного содержания арматуры ( и™ ), при превышении которого целесообразно учитывать расчетом позитивное влияние поперечного армирования. Предложена формула для определения значения