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

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВА1ЕЛЬСЩ1Й ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКШ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСШУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИ1Б)

На правах рукописи

ПАРШИН Виктор Максимович

УДК 691.87:693.554

ВЛИЯНИЕ АРМИРОВАНИЯ С1ЁРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНГОВ 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-

ВВДЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЙ - Центральный научно-исследовательский и

Защита диссертации состоится 44окт&!>р& 1993г. вчасов на заседании специализированного Совета К.ОЗЗ.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 бетона и .железобетона (НШКБ) Госстроя 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 " & " еен.-т1993г.

Ученый секретарь

торском и технологическом институте- бетона и железобетона (НИМБ) Госстроя РФ

НАУЧШЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук,

&.н.е. М.Г. Булгакова. ОФИЦИАПЬШЕ ОППОНЕНТЫ -доктор технических наук

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

провктно-экспериыентальный институт промышленных зданий и сооружений(ЦНИИпромзданиГ

специализированного совета, кандидат технических наук

Т.А.Кузьмич

ОЩШ ШШГЕЙСТШ. РАБОШ

Актуальность . Проблема долговечности железобетона конструкций, эксплуатируются в суровых климатических услови-с в сочетании с высоко! влажностью, остается одной из основных и настоящее время. Опыт эксплуатации показывает» что во многих со-оужениях, таких как транспортные и технологические эстакада, при-шныа сооружения, различные платформы, открытые этажерки, градир-1 ТЗЦ и др. тяадены железобетонные элементы, разрушение которых мннавтся уже после 3..5 лет эксплуатации. Характерными повреждение а при »том являются: продольные трещины вдоль рабочей арматуры, гслоение защитного слоя бетона, повышение деформативности. »естно, что в бетоне при циклической замораживании и оттаивании $30) накапливается остаточные деформации деструктивного расшире-кя. Арматура железобетонных элементов, являясь дополнительной жест-эй связью, сдерживает развитие остаточных деформаций 'в направлении воего расположения, однако возникавшее при атом напряженное сос-ояние в объеме элемента не всегда является позитивным. Естественно редполояить, что вид, направленность и величины суммарных напряже-ий зависят не только от уровня армирования, но и характера разме-енхя арматуры в железобетонных конструкциях.

Одаим из способов уменьшения деструктивного расширения и повы-ения таким образом долговечности железобетона может являться раци-кальное размещение арматуры в его объеме.

В связи с-этим цельр работы явилось .исследование влияние харак-вра и интенсивности армирования стержневых элементов на развитие еструктивных процессов в бетоне и прочность при сжатии в условиях оздействия низких температур и высокой влажности; отыскание спо-обов рационального армирования и разработка предложений по расче-у железобетонных элементов с учетом позитивной роли поперечного рыированця при морозных воздействиях.

Автор за пргтц в е т :

- методику и результаты экспериментальных исследований влия-ия продольного, поперечного и смешанного армирования на развитие статочных линейных и объемных деформаций стержневых элементов при ^клических низкотемпературных воздействиях в водонасьщенном сос-оянии;

- иусАл-ижеппл "О аналитическому описанию зависимости- остаточных объемных деформаций от коэффициента относительного объемного содержания арматуры;

- методику и результаты экспериментальных исследований прочности на сжатие железобетонных элементов при циклических низкотемпературных воздействиях;

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

- щэедложения по оптимальному армирование сжатых стержневых элементов, позволяющие повысить их 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 водонасьицения;

- 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 арматуры;

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

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

- рекомендации по расчетной оценке позитивной роди поперечно армирования в расчете железобетонных элементов при морозных воздействиях. ,

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

Практическое значение раооты эшиш-ается в том, что получены новые данные о влиянии характера и ин-енсивности армирования стержневых элементов на развитие остаточных инейных и объемных деформаций деструктивного расширения лри ЦЗО прочность при сжатии. Введено понятие степени относительного бьемного содержания арматуры, что позволяет оценить развитие оста-

очных объемных деформаций и снижение прочности в зависимости от

которое

¡оотношения объема поперечной и продольной арматуры,, 'обозначено юэффициентом Л^ . Установлена взаимосвязь остаточных объемных де-юрмацйй, прочности и влажности при циклических низкотемпературных юздействиях. Предложено оптимальное армирование стержневых элемен-юв, позволяющее повысить их долговечность в условиях воздействия шзких отрицательных температур и высокой влажности. Разработаны-«комендации по расчетной оценке поперечной арматуры в виде хомутов ) работе сжатых стержневых элементов.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертационной работы изложены в четырех тучных публикациях, а также докладывались на научно-технических сонференциях Иркутского политехнического института (1987, 1988, [989г.), Ангарского технологического института (1991, 1992, 1993г.), 1аборатории коррозии НИЖБ (1991, 1992г.).

Объем и структура диссертации.

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

Рассматриваемая работа выполнялась в основном в Лаборатории коррозии и долговечности бетона и железобетона НИИКБ под руководством к.т.н. Булгаковой М.Г. Некоторая часть экспериментов поставлена нга кафедре "Строительные конструкции11 Иркутского политехнического института.

Содержание работы

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

Внешним проявлением изменений-, протекающих во влажном бетоне при ЦЗО, является остаточные деформации расширения, проявляющиеся вследствии образования и развития ухе имеющихся микро- и макродефектов. Исследованиями Ф.М.Иванова, В.С.Гладкова, Г.С.Рояка установлено, что разрушение бетона, проявляется в накоплении остаточнь 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"^ыц/мм. Снижение прочности при этом не превышает 15%.

В железобетонных элементах арматуЬа. являясь дополнительной жесткой связы), сдерживает развитие деформаций при низкотемперату кых воздействиях, в связи с чем в ней возникает напряжения растяжения. Тах исследованиями ¿Í.Г.Булгаковой, Е.А.Гузеева, Б.М.Ш>зура Б.И.Пинуса, В.В.Семенова и др. было установлено, что на!стадии замораживания в арматуре возникает напряжения растяжения, которые могут достигать величины 6j = 120 Mía. Эти напряжения при суммировании^? напряжениями от нагрузки могут вызвать наступление tbkj чести ар&геуры и привести к значительному раскрытию трещин и росту прогибов. В исследованиях А.И.Юндина, Г.А.Ткаченко и др. бшш отмечены оеггаточйые продольные деформации расширения центрально-армированных образцов, хотя и значительно меньше, чем в бетонных. М.П.Кончичев, исследуя влияние вида 'и степени напряжения на морог стойкость железобетонных конструкций, установил, что развитие деформаций расширения армированного бетона в продольном и поперечне 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-армированных элементов, достигав максимальных значений на концах и уменьшаясь к бередине по их длине С 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 Ё.А.Гузеевым'по оценке влияния Ц30 на работу двухпролетных неразрезных балок в водонасыщенном состоянии показали, что в процессе

- о -

питаний происходит дополнительное пет>ераспределение усилия из олетного сечения в опорное и наоборот, в зависимости от адаитю-ния. В балках^с7симметричным армированием прояетного и опорного чений наблюдалсянезатухающий рост деформаций шсширения в сжа-й и растянутой'зонах бетона, а также рост прогибов. После раз-узки в балках восстановилось только 1о - 20 % деформаций и птюбов, что свидетельствует о значительных необратимых пластичес-х деформациях. В увлажненных балках происходило полное или час-одое закрытие нормальных трещин с поверхности, но отмечено разование трещин вдоль арматуры и в растянутой и в сжатой зонах тона. Разрушение балок после ЦЗО в водонасыщенном состоянии | всех случаях происходило'пд^наклонноцу сечению, т.е. менялся .рактер разрушения. Все эти процессы происходит в пределах мо-1ЭОСТОЙКОСТИ бетона.

Влияние поперечной арматуры на прочность и деформации сжатых ¡лезобетонных элементов, изученное достаточно хорошо при поло-[тельньк температурах, в условиях низкотемпературных воздействий ¡следовалось недостаточно. В основном поперечное армирование |учадось в связи с армированием концевых участков предварительно «ряженных изгибаемых элементов.

А.Н.Юндин и М.П.Кончичев исследовали влияние спирального арми->вания на прочность анкеровки при вздергивании стержней из призм, и было установлено, что если до проведения низкотемпературных ¡пытаний, спиральное армирование повышает прочность анкеровки в 5 раза, то после 80 циклов замораживания и оттаивания почти в раза. Эффект спирального армирования заключается в том, что шрали способствуют снижению уровня растягивающих поперечных игряаений, возникающих вследствии необратимого расширения бетона. . Применение поперечной арматуры в виде хомутов теоретически шее эффективно, но технологически предпочтительнее по сравнению другими видами поперечного армирования.

Проведенный анализ показывает, что при низкотемпературных воз-»йствиях арматура усложняет напряженно-деформированное состояние объеме элемента, увеличивает его неоднородность, что в некоторыз гучаях может сказываться на величине значимых технических харак-зристик конструкций.

Поэтому представлялось целесообразным изучить влияние харак-5ра и интенсивности армирования на деформации и прочность желе-бетона при ЦЗО на примере стержневых элементов.

- 6 -

£ 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 снизи1 степень деструктивных изменений в бетоне и повысить долговечность конструкций при их эксплуатации в условиях воздействия низких отри^ цательных 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 /*s=Ofo, вторая с 2,ОЙ (4 $12 AIII),

третья с 3,6% (4 016 AIII). Каждая группа состояла из трех подгрупп: первая с шагом поперечных стержней ¿0 мм, вторая - 100 mi и третья с шагом соответствующим конструктивным требованиям. Хомут] приняты из арматуры $6 AIII. Таким образом, всего было испытано девять сепий образцов, состоящих из 158 бетонных и железобетонных призматических элементов.

Образцы изготавливались из тяжелого бетона естественного твер дения йа ангарском портландцементе активностью 43,4 Ша. 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/Д = 0,5; ОН = 3-4 см), марка бетона по морозо стойкости F 200.

Циклическим низкотемпературным воздействиям подвергалось 89 образцов в ненагруженноы и 12 в нагруженном состоянии. Нагружение осуществлялось в специальных пружинных установках, каждая из котор] позволяла испытывать одновременно два образца. Уровень загружения принимался ~0,4NU , как наиболее близкий к эксплуатационному. Низкотемпературные испытания проводились в термобарокамере СТБВл - 8000. Возраст образцов к моменту исследований составлял 208-215 суток. Суточный цикл испытаний состоял из 3-х часового охлаждения

-50°С, 3-х часовой изотермии, 2-х часового подъема температуры ■ -Ю°С и последующего оттаивания в воде. Через каждый цикл иепы-ий производился осмотр оттаявших образцов, измерение продольных оперечных деформаций, взвешвание образцов - кубов. Измерение дольных деформаций производилось переносным индикатором часового' а с ценой деления 0,01 км. на базе 400 мм. Поперечные деформации ерялись переносным индикатором с ценой деления 0,001 мм на ¿азе мм.

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

Исследования показали, что в армированных образцах сдерживающее яние продольной арматуры на рост деформаций в направлении своего положения проявляется с возрастающей степенью. На начальных эта; низкотемпературных воздействий влияние арматуры невелико, но границе исчерпания морозостойкости бетона степень снижения дости-т 2...3-х раз, причем при большем проценте армирования степень жения выше. Кроме того продольная арматура изменяет характер вития остаточных продольных деформаций с згспспсциадьного в неар-ованном бетоне на практически линейный в армированном,-В поперечном направлении продольная арматура вызывает ускорен-развитие остаточных деформаций с первых же циклов замораживания ттаивания и к моменту исчерпания морозостойкости бетона их вели-& в 1,7...2,0 раза больше, чем в бетонных, причем, чем выше про-т армирования, тем больше их величина.

Поперечная арматура, в связи с ее незначительной мощностью, снижает величины остаточных деформаций в направлении своего рас-ожения на всех этапах циклических низкотемпературных воздействий ределах морозостойкости бетона. Лишь на границе морозостойкости в азцах с наиболее мощным поперечным армированием величина деформа-примерно та же, что и в бетонных, а характер их развития ппиб-яется к линейноцу. В то же время в продольном направлении поперечная арматутя вызы-т ускоренное развитие деформаций уже после нескольких циклов замо-ивания и оттаивания, причем с уменьшением шага хомутов скорость та увеличивается.

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 увел» швая до 2-х раз в перпендикулярной направлении. Увеличение мощнс ги поперечного армирования способствует росту остаточных продольнь деформаций примерно в 1,4 раза и уменьшении поперечных в 1,3-1,4 ]

В связи с тем, что и продольная и поперечная арматура оказыва! влияние на остаточные деформации в каждом из трех направлений, прк чем порой это 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 объе» бетона арматурой. С этой целью для всех вариантов смешанного арыит вання определялось отношение объемного содержания поперечной арматура ( V" ) к продольной ( V/ ), которое названо в дальнейие! коэффициентом относительного объемного содержания арматуры и обозначено о£у .

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

Для описания зависимости остаточных объемных деформаций от ко» фициента было получено простое линейное уравнение:

в0,т ■ ш 179 ■ <2, Х- у )' ы(Ыр (I)

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

Ыр - количество ЦЗО до исчерпания Морозостойкости бетона.

Уменьшение остаточных объемных деформаций с ростом коэффициент свидетельитвуег о снижении степени деструктивных изменений бетоне армированного элемента, а увеличение наклона кривых о его возрастающем влиянии с ростом количества ДЗО.

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

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

лМ = 5,?- (1,4 - «£/), (2)

где дМ в %.

За пределом морозостойкости бетона влияние коэффициента а1>/ 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:

АЛ/ . 0,04.(0*,- 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 остаточных 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 <1У 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.

РисЛ. Зависимость остаточных продольных (£ ), поперечных (£*) и объемных (0осг) деформаций от коэффициента относительного • объемного содержания арматуры (еС)

-кривые, полученные при обработке опытных данных

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

Таким образом снижение прочности железобетонных элементов при 430 связано со степенью деструктивного расширения бетона а его эбъеме. Степень же деструктивного расширения бетона находится в прямой связи с характепом аширования элементов. В пределах настоящего эксперимента по всем показателям можно утверждать, что оптимальным армированием является такие, при котором количество /объем/ поперечной и продольной арматуры блтки между собой.

Так как хаоактер армирования существенным образом влияет на заботу сжатых стержневых элементов в условиях воздействия низких отрицательных темпетзатур и высокой влажности, то для их проектирования «обходимы приемы, позволяющие учитывать расчетом работу поперечной 1рматуры, которые на сегодня в явном виде-отсутствуют в действующих €ормах.

Для определения несущей способности сжатых элементов с учетом юперечного армирования представлялось целесообразным использовать з основе формулу, предложенную Е.А. Чистяковым, базирующуюся на формулах (48-51) СНиД 2.03.01-84х:

^де ^¿ ¡ь - 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 армииования хомута-га ниже сетчатого, были проанализированы формула (48) СНиП 2.03.01-84х I результаты исследований-^.А.Селезнева на основании чего предложено )пределять коэффициент ( ) из выражения:

I 1 . , , (5)

7 0,4+ ^

где ^ - по СНиП 2.03.01-84х.

Сравнение расчетных значений прочности, полученных по фотмуле [ Ц ), с опытными показало их хорошую сходимость в образцах воздуш-ю-сухого хранения, после 5-ти суточного водонасыщения и после ЦЗО, юответствующих пределу морозостойкости бетона. Подтверждено, что ¡ризменная прочность бетона после низкотемпературных воздействий 10лжна определяться с учетом коэффициента условий работы ^

АЫ,%

Н .

фу 4 т зав ш 5йо 9осг -1о*

Щ/

Рис.2. Зависимость снижения прочности [йЫ) и приращения влажности (лЛ-) от остаточных объемных деформаций (&0сг. )

О А □,-— опытные данные и теоретическая

кривая для зависимости от &осг

ф А ■,-----опытные данные и теоретическая

кривая для зависимости л N от воет

Зпытные значения прочности, полученные в работах В.И.Довгалюка и э.3алигера при другой геометрии образцов, также достаточно хорошо ;огласуются с результатам^ предложенной формулы.

При сопоставлении значений несущей способности по предложенным тиемам со значениями посчитанными по действующим нормам без учета юпервчной арматуры, было установлено, что положительное влияние юперечного армирования начинает сказываться с определенных значе-«й коэффициента сД/ . В связи с этим в работе сформулировано юнятие граничного значения коэффициента относительного объемного юдержания арматуры ( ), при котором прочность по формуле ( Ц ) эавна прочности, определяемой по действуицим нормам без учета работы «омутов. Анализ опытных и расчетных значений несущей способности юказал, что с ростом прочности бетона коэффициент ^ возрастает, 1 с увеличением мощности продольного армирования уменьшается, что • юзволило для его определения предложить следующую формулу:

" "ТА- <б)

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

На основании проведенного анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований, предложен порядок расчета сжатых стержневых элементов со случайными эксцентриситетами с учетом работы хостов. 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

Сравнение граничного значения коэффициента ( ^р.пасч.) при'определении несущей пособности по фотмуле (4) со значением из выражения (6)

Сечение . . элемента мм. Продольная арматура Прочность бетона, Ша ■ ■ '-Р. рАСЧ. сСу а(у ПО фотзм. (б) гр.-ра «¿V

ск\/

Опыты автора

160x150 4 Ыг Зо,8 0,44 0,43 . 1,02

29,42 0,34 0,35 0,97

25,76 0,3 0^3 г. о

4 016 36,8 0,26 -0,26 1,0

29,42 0,21 0,21 1,0'

25,76 0,17 0,18 0,94

Опыты ®.3алигера

300x300 4 ¡¿ 23 13,43 0,3 0,31 0,9?

Расчетные, при определении по формуле ( 4 )

400x400 4 т 14,о 0,76 0,79 0,9с

27,6 1,44 1.5 0,9с

4 Ш 14,5 0,31 0,32 0,9*/

27,5 0,6 0,61 0,94

4 Л532 14,5 0,17 0,2 0,8с

27,о 0,36 0,37 0,9*1

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выполнены экспериментально-теоретические исследования влияния зактера и интенсивности армирования стержневых элементов на разви-} деформаций деструктивного расширения бетона при низкотешератут»-с воздействиях и прочность пои сжатии.

2. Разработана специальная методика испытаний, позволяющая масле-вать деформации и прочность стержневых железобетонных элементов условиях циклического воздействия низких отрицательных температур высокой влажности в незагруженном состоянии и при длительном дей-вии сжимающего усилия эксплуатационного уровня.

3. Исследованы линейные деформации деструктивного расширения гона пои ЦЗО в зависимости от мощности продольной (/^=0....3,6%) поперечной (при варьировании шагом хомутов от.250 до 50 мм) арма-ры. Установлено, что предельная арматура изменяет характер разви-я остаточных линейных деформаций расширения с экспоненциального, неармированном бетоне на практически линейный в атмированном, сни-ет. их величину в направлении своего расположения и увеличивает в рпендикулярном направлении. К моменту исчерпания морозостойкости тона армирование может снизить остаточные продольные деформации

3 раза и увеличить поперечные до 2-х раз.

оперечная арматура способствует росту остаточных- дефор-ций в продольном направлении и при исчерпании морозостойкости бена их величина в 1,7...2,3 раза больше, чем в неармированном бето-

В направлении своего расположения поперечная арматура не снижает таточных деформаций, что связано с ее незначительной мощностью.

4. Установлено, что для анализа влияния характера и интенсивен армирования на развитие деформаций деструктивного расширения ¡тона при ЦЗО целесообразно рассматривать объемные деформации эле-«тов, а их зависимость от армирования представить в виде отноше-1Я объема поперечной арматуры к обхему арматуры в продольном нап-1внепии. Это отношение названо коэффициентом относительного объемно содержания арматуры - ¿ы •

В исследованиях получено, что чем выше значение Л*, тем меньше »личина остаточных объемных деформаций, а следовательно меньше ?епень деструктивных изменений и выше долговечность конструкций.

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

которая носит линейный характер. С позиций сдерживания деструктивных процессов оптимальным является такое армирование, при котором «£./• близко к i

6. С увеличением количества ЦЗО отмечено возрастание влажности бетона по массе и ее связь с величиной остаточных объемных деформаций и коэффициентом относительного объемного с оде-писания арматуры. Получены аналитические зависимости связывающие увеличение

'влажности с коэффициентом Лу и остаточными объемными деформациями На основании этого предложено использовать изменение влажности бетона по массе в качестве косвенного показателя происходящих дест руктивных процессов.

При ЦЗО даже в пределах морозостойкости бетона происходит падение прочности армированных элементов. Степень ее снижения нахо дится в прямой связи с характером армирования, т.е. с величиной коэффициента относительного объемного содержания арматуры. С ростом значения «¿у 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, снижает 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 нагрз жения ослабевает и после 30 ЦЗО практически не ощущается при наиболее частом расположении хомутов, а при наиболее редком их тзаспо-ложении даже отрицательно.

9. Разработаны предложения по расчетной оценке прочности сжат'1 элементов при их ЦЗО с учетом влияния характера армирования. Ёведс но понятие граничного значения коэффициента относительного объемного содержания арматуры ( Л™ ), при превышении которого целесообразно учитывать расчетом позитивное влияние поперечного атми-тэования. Предложена формула для определения значения и^

10. Расчет прочности сжатых элементов по предложенным зависи-остям при обеспечении равной несущей способности,как правило,не риводит к увеличению^ общего расхода арматуры. Использование же его ри проектировании позволяет получить железобетонные конструкции олее стойкие к морозным воздействиям.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Паршин В.Ы., Пинус Б.И. Влияние поперечного армирования на тойкость сжатых элементов при низкотемпературных воздействиях // овышение долговечности и надежности строительных конструкций.

Иркутск, 1988. - С.4-5.

2. Паршин В.М., Булгакова М.Г., Пинус Б.И. О рациональном арми-овании сжатых железобетонных конструкций для северных районов // б.тр.ШШЖБ. - М., 1980. - Коррозионная стойкость бетона, арматуры

железобетона в агрессивных средах. - С.50-67.

3. Паршин В.М., Булгакова М.Г.Влияние характера и мощности'арми-ования на деструктивные изменения и прочность сжатых стержневых лементов при циклических низкотеиперетурных воздействиях // овременные технологии и научно-технический прогресс: Тез.докл. аучно-техн.конф. - Ангарск, 1993. - С.14-15.

4. Паршин В.М., Булгакова М.Г. Расчетная оценка влияния хомутов а несуцую способность сжатых элементов в условиях воздействия низ-их температур и высокой влажности // Современные технологии и аучно-технический прогресс: Тез.докл.научно-техн.конф. - Ангарск,

993. - С.13