автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние хомутов на несущую способность сжатых железобетонных элементов

ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-КССЛЕДОВАТЯЛЬСКИЯ, ПРСЕЮНО-КОНС'ГРУКТОРСКИЙ И ЗЕХЮЛОГИЧЕСЮЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА К ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИНБ)

На правах рукописи

СЕЛЕЗНЕВ Федор Алексеевич

УМ Ш. 012.454.044: оЗЭ. 383

ВЛИЯНИЕ ХОМУТОВ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в ордена "Знак Почета" проектном, научно-исследовательском и конструкторском институте "Уральский промстройниипроект".

' НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук

Ю.Н.КАРНЕТ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук,

профессор С.М.КРШЮВ - кандидат технических наук З.И.ДОЙГАШОК

ЩЦЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ - ВГНИШШ "ШШОЭЛЕКТРОПРОЕКТ"

Уральское отделение

на заседании специализированного совета К 033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона по адресу: 109428, Москва, 2-ая Институтская ул., д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЖБ.

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

¡Защита состоится

кандидат технических наук

^С-У,^]'! ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Прогресс в строительстве связан, с одной стороны,с увеличением ширины перекрываемых пролетов и высоты зданий, с другой - с уменьшением размеров поперечного сечения железобетонных конструкций. Эти факторы обусловливают увеличение сжимающих напряжений в железобетонных элементах. Одним из путей повышения прочности бетона является создание таких условий его работы, когда он находится в состоянии трехосного сжатия. Достигнуть этого мо.-кно за счет поперечного армирования сжатых железобетонных элементов.

В настоящее время предложены различные виды косвенного армирования, но наиболее широко у нас в стране и за рубежом применяется поперечное армирование в виде хомутов. В соответствии с действующими нормами, хомуты устанавливаются с целью обеспечения устойчивости стерт.ней продольной арматуры. Их шаг и диаметр определяются конструктивно, в зависимости от различных параметров. При этом не учитывается, что в сжатых железобетонных элементах хомуты сдерживают поперечные деформации бетона, вынуждая его работать в условиях слоадо-напрякекного состояния, и тем самым повышают его прочность.

Таким образом, дальнейшее развитие методики учета влияния хомутов на повышение несущей способности сжатых железобетонных элементов представляет собой актуальную задачу э деле совершенствования строительных конструкций.

Целью диссертационной работы является исследование влияния хомутов на повышение прочностных и деформативных характеристик сжатых железобетонных элементов, армированных в поперечном направлении хомутам/, разработка предложений по расчету прочности этих элементов при де^зтгии на них кратковременной

статической сжимающей нагрузки, приложенной со случайным эксцентриситетом.

Научная новизна -работы заклюяается в следущем:

- разработка методики проведения испытаний сжатых железобетонных элементов без защитного слоя с поперечным армированием в виде хомутов;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований, выявившие влияние хомутов на повышение несущей способности сжатых железобетонных элементов;

- исследование напряженно-деформированного состояния сжатых железобетонных элементов в предельной стадии;

- предложения по расчету прочности железобетонных элементов с поперечным армированием в виде хомутов.

Автор защищает:

- методику и результаты экспериментальных исследований сжатых железобетонных элементов с поперечным армированием в виде хомутов при действии на них кратковременной статической сжимаемой нагрузки, приложенной со случайным эксцентриситетом;

- теоретическую и экспериментальную оценку коэффициента эффективности работы хомутов;

- предложения по расчету предельной несущей способности и предельных деформаций сжатых железобетонных элементов с поперечным армированием в виде хомутов.

Практическое значение работы заключается в том, что предложена методика учета влияния хомутов на повышение прочностных.' и деформативных характеристик сжатых железобетонных элементов с поперечным армированием в виде хомутов.

Технико-экономический анализ показывает, что применение данной методики позволяет уменьшить расход продольной арматура

класса А-И на 24% и общий расход арматуры, приведенной к классу А-1, на Ш.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на областных научно-технических конференциях по бетону и железобетону в г.Свердловске в 1987-1989гг., на ХХШ международной конференции по бетону и железобетону в г.Москве в мае 1991 г. Отдельные разделы диссертации были доложены на сессии Национального комитета СССР международной федерации по предварительно напряженному железобетону (ФШ), проходившей в г.Свердловске 2-4 октября 1990 г.

Публикапии. По результатам исследований опубликовано девять работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы 214 стр., в том числе: 102 стр. машинописного текста, 60 рисунков, 40 таблиц, список использованной литературы из 121 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

В диссертации обоснована актуальность работы, сформулирована ее научная новизна и дана общая характеристика. Приведен обзор видоп косвенного армирования сжатых железобетонных элементов. Дан анализ экспериментальных и теоретических исследований косвенно армированных сжатых железобетонных элементов, проведенных различными авторагги.

Отмечается целесообразность применения хомутов, как фактора, сдеркивагацего поперечнно деформации бетона, заставляя ого работать в условиях трехосного сжатия и тем самым повышающего его прочность.

Исследование*; скатых 'келезобетошых элементов с попереч-

дам армированием в виде хомутов занимались Бах, Д.Кинг, Е.И.Га-маюнов, Альперина, Е.А.Кузавчикова, А.В.Яшин, Б.Я.Рискинд, А.С.Зурабян, Б.П.Филиппов, Л.Р.Маилян, К.П.Муромский, В.В.Мака-ричев, Ф.М.Босовец, В.П.Иванов, Б.Бреслер, Р.Флинг, С.Соретц, Д.А.Блюм, Ф.Норман, К.Т.Сандара, Г.Шулчинский, М.Саргин, С.К.Гош, Чан, Ш.Е.Рой, С.Шредер, С.А.Шейх, С.Узумери, Д.Гангад-харам, Р.Бассет, Ф.А.Зан, Д.Б.Мандер, Ю.К.Йонг и ряд других авторов, В ходе этих исследований в основном выявлены факторы, определяющие прочность и деформативность элементов с поперечным армированием в виде хомутов. Однако количественная оценка напряженно-деформированного состояния этих элементов, как правило, производилась эмпирическим путем. Результаты ранее проведенных исследований имеют большой разброс, что объясняется различиями в условиях изготовления и хранения опытных образцов, а также неодинаковостью историй их деформирования.

На основании обзора и анализа основных исследований работы хомутов в сжатых железобетонных элементах был сделан вывод, что в вопросах совместной работы бетона, продольной и поперечной арматуры в виде хомутов не выявлены полностью следующие аспекты.

1. Влияние изменения шага и диаметра хомутов на несущую способность и деформативность сжатых железобетонных элементов.

2. Влияние количества стержней продольного армирования на деформативные и прочностные свойства бетона, а также.на характер разрушения железобетонных образцов.

3. Зависимость коэффициента эффективности работы хомутов от параметров поперечного армирования.

Для выяснения вышеназванных вопросов было признано необходимым решить следующие задачи:

I. Разработать методику экспериментальных исследований.

2. Провести экспериментальные исследования совместной работы продольной и поперечной арматуры в виде хомутов в сжатых элементах в зависимости от шага и диаметра хомутов, диаметра и количества стершей продольной арматуры.

3. Сопоставить экспериментальные и теоретические результаты исследования прочности статых железобетонных элементов с поперечным армированием в виде хомутов.

4. Разработать предложения по расчету прочности сжатых железобетонных элементов, армированных хомутами.

Для изучения влияния хомутов на прочностные и деформативные свойства сжатых железобетонных элементов были запроектированы и изготовлены 21 серия опытных образцов, по три образца-близнеца в каждой серии. В этих образцах варьировались шаг хомутов (с 900 мм до 50) и их диаметр (с б мм до 12). Для исследования влияния количества продольной арматуры на прочностные и деформативные характеристики железобетонных сжатых элементов были изготовлены и запроектированы 6 серий опытных образцов, по три образца-близнеца в каждой серии. При этом изменялись диаметры стержней продольной арматуры и их количество. Бетон во всех образцах был запроектирован класса В-25. Всего было изготовлено и испытано 81 образец.

Размеры сечений образцов принимались равными 300x300 мм. Высота - 1800 мм. Поперечная арматура в виде вязаных хомутов изготавливалась из стали класса A-I, продольная - из стали класса А-Ш. Все образцы изготавливались без защитного слоя бетона. Это объясняется тем, что при нагрузках, близких к разрушающей, происходит отслоение и отпадание защитного слоя бетона. Характер и место его разрушения носит случайный характер и не поддается прогнозированию. Разрушение защитного слоя бетона нарушает и

искажает показание приборов, измеряющих деформации бетона. Уменьшение площади бетона за счет отпавшего защитного слоя приводит к резкому перераспределению деформаций в бетоне, продольной и поперечной арматуре.

Кроме того, Е.И.Гамаюновым было установлено, что при уменьшении шага хомутов несущая способность ядра сжатых железобетонных элементов повышается, а защитного слоя бетона понижается. При загружении эти два процесса происходят одновременно. Поэтому, в зависимости от соотношения площадей бетона ядра и защитного слоя, увеличение несущей способности бетона ядра может быть как меньше, так и больше величины снижения несущей способности бетона защитного слоя. Это обстоятельство обусловливает разнообразие и противоречивость получаемых результатов.

Таким образом, при испытании опытных образцов без защитного слоя бетона можно будет получить более четкую картину напряженно-деформированного состояния образцов в предельной стадии.

Механические характеристики бетона определялись по результатам испытаний эталонных кубов и призм на сжатие. Механические характеристики арматуры определялись по результатам испытаний контрольных образцов на-растяжение.

Загружение опытных образцов осуществлялось на прессах ПР-500 и ПР-ЮОО. Увеличение нагрузки производилось этапами по 5-1СЙ с выдержкой между этапами по 5 минут.

При испытании образцов деформации бетона измерялись индикаторами часового типа и тензорезисторами. Деформации продольной арматуры и хомутов измерялись тензорезисторами.

Все тензомегрические измерения проводились и обрабатывались с помощью измерительно-вычислительного комплекса СИИТ-2. При этом тензорезисторы опрашивались ЭВМ II раз за 0,5 секунды.

Максимальный и минимальный отсчеты автоматически отбрасывались

и по оставшимся отсчетам ЭВМ определяла среднее арифметическое

значение. Предел прочности измерений был задан равным по вели--5

чине 4.10" . Все отсчеты, превышающие этот предел точности, автоматически отбрасывались ЭВМ. Таким образом, достоверность тензометрических измерений была обеспечена.

В качестве критерия разрушения образцов принимался момент падения нагрузки, зафиксированный по шкале силоизмерителя пресса.

Проведенные экспериментальные исследования позволили выявить общую картину деформирования сжатых железобетонных элементов с поперечной арматурой в виде хомутов. Деформации сжатия бетона при нагружении опытных образцов возрастали прямо пропорционально до нагрузок, соответствующих/" = (.0,7 ±0,9) . При дальнейшем загружении скорость роста деформаций бетона резко возрастала. Разрушались образцы по наклонному сечению и по сечению, параллельному продольной оси образцов. Характер разрушения образцов был хрупкий и вязкий.

Большое влияние на характер деформирования железобетонных элементов оказывает режим нагружения. Поэтому в данной работе исследование деформативных и прочностных характеристик опытных образцов производилось в условиях постоянной скорости загруже-ния

-- (I)

сИ

При анализе характера нарастания продольных и поперечных деформаций бетона модно отметить, что при нагрузках, близких к предельным, поперечные деформации возрастают относительно быстрее , чем продольные. При этом характер развития поперечных деформаций по разнил граням опытных образцов значительно отличался. Поперечные дрфоргяшии бетона, как правило, превышали дефор-

-iü-

мации растяжения хомутов. Это объясняется тем, что бетон на уровне хомутов находится в более стесненном состоянии, чем бетон. между хомутами. В первом случае поперечные деформации бетона в большей степени сдерживаются хомутами. При этом, разница в поперечных деформациях бетона на уровне хомутов и между ними составляет, примерно, 1,5-2,5 раза. Кроме того, расхождения предельных поперечных деформаций бетона и хомутов связано с образованием в сжатом бетоне локальных разрушений, микро- и макротрещин, а также с влиянием местного смятия бетона под хомутами.

Разрушение опытных образцов с отношением шага хомутов к диаметру продольной арматуры S/ols > 9 происходило сразу после образования видимых продольных трецин. При этом процесс разрушения носил хрупкий, взрывообразный характер. Опытные образцы с расстоянием между хомутами S/ds < 9 разрушались вязко, более длительно и с заметным развитием пластических деформаций.

При анализе процессов деформаций бетона опытных образцов было выявлено, что при невысоких уровнях загружений величины деформаций бетона не зависят от шага хомутов и их диаметра.

Зависимость предельных продольных деформаций сжатия бетона от коэффициента поперечного армирования jMs>r описывается выражением

¿¡<°*(3250-Jts„t262)</0~S (2)

При этом коэффициент поперечного армирования определялся по формуле

- - (3)

As-S

где tsir , //р^ , $ - соответственно длина одного хомута, площадь его поперечного сечения и шаг хому-tob-,

- площадь бетона.

-пС увеличением 0,06В% до 2,(Я предельные продольные

к с

(еформации сжатия бетона возрастали со 199-10 до 378-10 .

Предельные поперечные деформации бетона £б при изменении >илг в том же интервале увеличились с 20.10"® до 270-10"^. Дан-1ая зависимость достаточно хорошо описывается выражением

+ 72Л^ап) • Ю ~5 (4)

1ри этом можно отметить, что при одной и том же значении вменение шага хомутов $ влияет на увеличение предельных деформаций бетона в большей степени, чем увеличение диаметра хо-«уТОБ C¿S»'.

При анализе результатов эксперимента были установлены за-

х,/го/г

)исимости предельных продольных С £ и поперечных С 6 дефор-чаций бетона от отношения шага хомутов Э к диаметру продоль-гой арматуры . Зти нелинейные зависимости с некоторой прибли-;енностью описываются следующими уравнениями

£?1(2о> *** <6>

- /7/5 У70/7

Выло Отмечено, что резкое возрастание Об и С6 проис-:одило при значении I< 7.

Прочностные и деформатиЕные характеристики сжимаемых желе-юбетонных элементов с поперечным армированием в виде хомутов /ависят от прочности бетона, стали поперечной арматуры и ее ко-[ичества. Таким образом, при аналит влияния хомутов на напря-:енно-деформированное состояние опытных образцов необходимо ис-юльновать комплексный параметр, учитывающий вышеназванные ха-(актеристики поперечного армирования. В настоящее время СНиП 1.03.01-84, для случая косвенного армирования в виде сеток,

этот комплексный параметр рекомендуется определять по формуле 2Г- «7)

где - соответственно коэффициент косвенного арми-

рования сетками и расчетное сопротивление стали сеток.

Принимая эту формулу за аналог для опытных образцов с поперечным армированием в виде хомутов, можно записать

(8)

г Я 6+го

где - физический предел текучести стали хомутов.

пггр г,/?ол

Зависимости предельных продольных С& и поперечных Сб деформаций бетона опытных образцов от параметра достаточно хорошо аппроксимируются выражениями

¿Г*¿267 ' (9)

С6 =(££ + Мб рЗ '/О (Ю)

В результате проведенных экспериментальных исследований было установлено, что при увеличении коэффициента продольного армирования в опытных образцахс 0,78;% до 12,23% существенного увеличения предельных продольных и поперечных деформаций бетона не произошло.

Деформации сжатия продольной арматуры на начальных этапах загружения были близки по значениям продольным деформациям сжатия бетона. С увеличением уровня нагрузки в образцах стержни продольной арматуры теряли устойчивость до наступления в них процессов текучести. В образцах с , изменяющимся в

интервале от 11,4 до 15,6, стержни продольной арматуры теряли устойчивость после того, как в них возникали процессы "текучести.

При 11,4 стержни продольной арматуры не теряли устойчи-

вость до момента разрушения образца в целом. В опытных образцах с 15,6 процессы текучести возникали во всех стержнях про-

дольной арматуры до общего разрупения образцов при деформациях, примерно равных = (200^-230)• 10"^. При этом резко уменьшалась жесткость продольной арматуры. Вследствие этого возрастающая сжимающая нагрузка с продольной арматуры перераспределялась на бетон, увеличивая тем самым скорость его дефилирования.

Сравнивая характер продольных деформаций бетона и продольной арматуры, можно отметить, что совместность работы стержней продольной арматуры и бетона не нарушалась практически до момента потери ими устойчивости или возникновения в них процессов текучести.

При действии на железобетонные элементы сжимающей нагрузки хомуты одерживают поперечные деформации бетона, заставляя его работать в условиях трехосного сжатия и увеличивая тем самым его прочностные и деформативные свойства. На начальных этапах загру-жения /А = (0,1+0,5) практически во всех испытанных образцах деформации хомутов были незначительны: (0+30).КГ5. Влия-

ние изменения шага ^ и диаметра с1$*г хомутов ка дефорлатив-ность бетона практически не сказывалось. С ростом нагрузки . _ . р/ра = (0,5*0,8) скорость нарастания деформаций растяжения хомутов несколько увеличивалась. К концу испытания - '(0,8+1) деформации растяжения хомутов резко возрастали. В зависимости от параметров поперечного армирования предельные деформации

растяжения хомутов достигали значений ^гг - (20+268) /г

Разброс величин С5>у объясняется сложным характером напряженно-деформированного состояния бетона, продольноР и поперечной арматуры. Значения с^«", за исключением образцов с ^^ > 2,5$,

не превышали деформаций предела текучести. Это объясняется тем, что при изготовлении опытных образцов не удалось достичь однообразно- плотного и равномерного контакта между хомутами и бетоном по всей их длине. Кроме того, при бетонировании образцов, в месте контакта бетона со стальными хомутами, образуется тонкий слой цементного молока, содержащий в себе большое количество воды. Б процессе твердения бетона эта вода испаряется, и между бетоном и хомутами возникает небольшой зазор. Величина этого зазора увеличивается в результате усадки бетона.

При проведении эксперимента было установлено, что с увеличением jtesrr предельные деформации растяжения хомутов практически не увеличивались, за исключением образцов с jUjr'? 2,5$.

Предельные усилия растяжения хомутов /2т»' с увеличением возрастали от 1,6 до 22,2 кН. При этом fs^ определялось по формуле

fs* s As*- (II)

- ¿sn- £s»- (12)

где cij?*v - предельные деформации растяжения хомутов, измеренные тензорезисторами; Ssn- - модуль упругости стали хомутов; /4s>y - площадь сечения хомутов.

Зависимость z$(j^s*) с некоторым приближением ап-

проксимируется линейным уравнением

Fsir * (з.З+300-Jis»), (13)

Зависимость предельных деформаций растяжения хомутов Cs>r от ¿/ds достаточно хорошо описывается выражением

»(£€,2 - -33-* ■ ■) 'ГО'*

S/ds-1

При этом можно отметить, что резкое увеличение , как

и в случае предельных деформаций бетона, происходит при

В ходе эксперимента было установлено, что изменение параметра у/" практически не влияет на величину Значения предельных усилий растяжения хомутов Лиг, с увеличением , •возрастают за счет увеличения диаметра хомутов.

В процессе проведения испытаний опытных образцов было установлено, что с увеличением поперечного армирования в виде хомутов увеличивается их несущая способность. Приращение несущей способности бетона образцов можно оценить по формуле

где /¿г - опытная разрушающая нагрузка;

- нагрузка, воспринимаемая бетоном и определяемая по формуле

(16)

где

/в»

- фактическая призменная прочность бетона;

- нагрузка, воспринимаемая продольной арматурой, определенная по формуле

(17)

где Аз - площадь продольной арматуры;

6} - максимальное напряжение в продольной арматуре, определяемое для образцов, в которых продольные стержни теряли устойчивость, по формуле

6$ = (Ш

Во всех остальных образцах, где в продольной арматуре возникали процессы текучести, при определении , учитывалось напряжение физического предела текучести.

Для того, чтобы исключить влияние неодинаковости фактической прочности бетона, оценка приращения несущей способности бе-

-iu-

тона опытных образцов производилась в относительных величинах ¿Fs/Fb . Максимальное приращение несущей способности бетона в опытных образцах составило 6455.

По результатам проведенного эксперимента было проанализировано влияние увеличения jfcstr на A Fi/fb. При изменении в интервале от 0,058 до 0,745% приращение несущей способности бетона образцов увеличилось с 0,2 до 42%. При дальнейшем увеличении J^--1^ от 0,745 до 2,58$ скорость возрастания A Fb/f6 резко уменьшилась - с 42 до 64$. Кривая данной зависимости хорошо описывается регрессионным уравнением

Коэффициент корреляции при этом составил 0,94.

Также было построено регрессионное уравнение кривой, описывающей зависимость приращения несущей способности бетона от шага хомутов 4з£. .

Коэффициент корреляции при этом составил по величине 0,95.

При анализе влияния мощности поперечного армирования и прочности бетона (параметр ) на величину приращения несущей способности бетона было установлено, что при увеличении с 0,004 до 0,048 значения Afi/fi возрастали довольно интенсивно -с 0,2 до 45%. Затем, при дальнейшем увеличении в 7,8 раза» (с 0,048 до 0,376) значение приращения несущей способности бетона

AFi/Fb

увеличилось всего в 1,4 раза (с 45 до 64$). Отсюда можно сделать вывод, что применение сжимаемых элементов с поперечным армированием в виде хомутов, в которых 0,05, неэффективно и связано с перерасходом стали, затраченной на изготовление хомутов.

Зависимость хорош аппроксимируется выра-

жением

¿¡fi/fi -fss, 4 - f,£2 ■) (21)

Коэффициент корреляции при этом составил 0,93.

При исследовании влияния количества стержней продольной арматуры на повышение несущей способности бетона опытных образцов было установлено, что с увеличением jMs с 1,7 до 12>22% увеличения

практически не происходит.

На основании полученных экспериментальных данных, используя методику определения приведенной призменной прочности бетона с косвенным армированием в виде сеток, были определена значения фактического коэффициента эффективности работы хомутов опытных ■ образцов по формуле

A геВ - (22)

ги

or

где /f 4 zed - фактическая приведенная призменная прочность бетона опытных образцов, определенная по формуле

fo. 'Г*'* «3)

Ai

Зависимость фактического коэффициента работы хомутов от У приведена на рис.1. Данная зависимость хорошо аппроксимируется нелинейным уравнением

рг+аг

На рис.I также приведен график этой зависимости с учетом нижней границы доверительного интервала с вероятностью Р =■ 0,95. Уравнение, описывающее эту кривую, имеет вид

^"т- Û, ors

-Id-

Зависимость коэффициента эффективности ^ от Т^Г

?

» /7,5 12,5 7,5 i 1 •

> при II 56 '+0,01 jt îj

» при Р=0, 95; f-Ofi >86+^ Y*0- \sVR-°>di

с •

с\ 1 \о

S « « в •à \ S i \ в W* \ \** •

IS \ \ в\ s в »4. в а А Р--0,Я ~ P-0,b

0

0,0S OJZ ÙJS ОМ 0,3

Рис.1.

Коэффициент корреляции при этом составил 0,91.

При этом было выявлено, что при значениях мощности поперечного армирования () < 0,58 Ша и 0,012 дате незначительный разброс прочности бетона приводит к большому разбросу значений коэффициента эффективности работы хомутов.

Таким образом, с учетом зависимости по определению коэффициента эффективности работы хомутов, приведенная призменная прочность бетона сжатых железобетонных элементов с поперечным армированием в виде хомутов равна

#6, геВ * + '(26)

(р _ 0.2У

гДе т '

= -

Максимальный теоретический прирост прочности бетона в опытных образцах составил 47%.

Сопоставление теоретических и опытных значений приведенной призменной прочности бетона, армированного в поперечном направлении хомутами, по данным автора, а также Е.И.Гамаюнова и Ф.Нормана показали их хорояую сходимость.

Для расчета несущей способности сжатых железобетонных элементов, соответствующей по величине заданной нагрузке /"1с , необходимо, с учетом конструктивных, технологических и других требований, задаться значениями размеров поперечного сечения железобетонного элемента 8 и , шага хомутов «5*, их диаметра йб»', расчетным сопротивлением стали хомутов и призменной прочностью бетона . Далее по принятым параметрам определяем значение по (8), ^ по (25) и по (26). Затем находим величину сжимающей нагрузки, воспринимаемой бе-

тоном, охваченным хомутами, по формуле

Рб»#%геЬ-Аб (27)

где Аь - площадь бетона, охваченного хомутами.

Далее определяем величину нагрузки, остающейся на долю продольной арматуры

fs* Fu -/V (28)

По известному значению находим необходимую площадь продольной арматуры

Л:*

После этого делаем проверку по коэффициенту продольного армирования . Если меньше минимально допустимой по конструктивным требованиям величины- 0,05%, то увеличиваем количество продольной арматуры до уровня^Сз - 0,05%. Если превышает максимально допустимую величину, принимаемую на практике не более 3%, то, вернувшись к началу расчета, соответственно увеличиваем либо размеры поперечного сечения $ и , либо параметры поперечного армирования или прочность бетона ..

После достижения значения 0,05 < 3% делаем проверку несущей способности сжатого железобетонного элемента на воспринятое заданной сжимающей нагрузки

Ра < +

Технико-экономическое сравнение, проведенное на базе колонны 2 КНД 4.42-4.52 серии 1.020, показало, что в случае расположения хомутов з данной колонне снаружи, при всех прочих равных условиях, увеличение несущей способности составляет 1%, или уменьшение расхода продольной арматуры класса А-Ш 19%. При уменьшении в данной колонне шага хомутов с 30 до 5 см и расположении их снаружи, при всех прочих равных условиях, экономия продольной

арматуры класса А-И составляет 34%, а всей арматуры, приведенной к классу A-I, l&fo.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании анализа и обобщения результатов проведенных исследований сделаны следующие выводы и предложения.

1. При невысоких уровнях загружения опытных образцов шаг хомутов и их диаметр не оказывают существенного влияния на де-формативность бетона. Хомуты включаются в работу в основном на последних этапах загружения.

2. Образцы с S/afs > 9 разруаались под действием сжимающей нагрузки хрупко, взрывообразно, с шумовым эффектом. Образцы с S^CÍs ( 9 разрушались более длительно, по вязкой схеме, с заметным развитием пластических деформаций.

3. С увеличением параметров поперечного армирования предельные деформации бетона возрастают: продольные С^б^ со 160-Ю"5 до 470-Ю-5, поперечные ¿¿"z 20-1СГ5 до 270-Ю"5.

4. При увеличении мощности поперечного армирования, за счет увеличения диаметра хомутов, предельные деформации растяжения хомутов не увеличиваются. При этом, предельные усилия растяжения хомутов, за счет увеличения их диаметра, несколько возрастают. Уменьшение шага хомутов приводит к увеличению в них предельных деформаций и усилий растяжения.

5. Уменьшение шага хомутов и увеличение их диаметра приводит к возрастанию приращения несущей способности бетона А Л/Л до 64%. При этом, уменьшение шага хомутов влияет на интенсивность возрастания приращения несущей способности бетона 4 fs/f* с большей степени, чем увеличение диаметра хомутов. При увеличении коэффициента поперечного армирования до величины,

примерно равной 0,6%, интенсивность возрастания приращения несущей способности бетона значительно выше, чем при 0,85?. При значениях 0,06 скорость возрастания л Рб/^ь также значительно эше, чем при ^ У 0,06.

6. Увеличение количества стержней продольной арматуры не оказывает, существенного влияния на предельные деформации бетона, хомутов, усилия их растяжения и на увеличение приращения несущей способности бетона.

7. С увеличением количества стержней продольной арматуры вязкость разрушения опытных образцов под действием сжимающих нагрузок заметно возрастает.

8. При значениях мощности поперечного армирования

<С 0,58 МПа и у0,012 незначительный естественный разброс прочности бетона приводит к большому разбросу значений коэффициента эффективности работы хомутов.

9. Сравнение теоретических и экспериментальных значений приведенной призменной прочности бетона показывает, что методика расчета приведенной призменной прочности бетона с косвенным армированием в виде сеток может быть использована для определения значений приведенной призменной прочности бетона с поперечным армированием в виде хомутов с учетом коэффициента эффективности работы хомутов У , определяемого по формуле (25).

10. При сопоставлении фактических значений приведенной призменной прочности бетона, полученных по данным автора, а также из опытов Е.И.Гамаюнова и Ф.Нормана, и теоретических, определенных с учетом зависимости (25) по определению коэффициента эффективности работы хомутов, было установлено, что резуль- -таты вышеназванных экспериментов показывают хорошую сходимость

с теоретическими значениями.

11. Максимальная теоретическая величина приращения несущей способности бетона, за счет работы хомутов, составила по величине 47%.

12. Учет влияния работы хомутов на повышение несущей способности колонны 2КВД 4,42-4.52 серии 1.020, при условии их расположения снаружи, позволяет увеличить несущую способность колонн на 7% или уменьшить расход продольной арматуры класса А-Ш на 19%.

13. Уменьшение шага хомутов в колонне 2КНД 4.42-4.52 с 30 до 5 см, при условии их расположения снаружи, позволяет умень--шить (в расчете на один погонный метр колонны) расход продольной арматуры класса А-Ш на 34% и всей арматуры, приведенной к классу A-I, на 14%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

- Карнет D.H., Селезнев Ф.А. Методика экспериментальной оценки влияния параметров хомутов на величину разрушающей нагрузки сжатых железобетонных элементов/научно-технический прогресс в строительстве: Тезисы докладов научно-технической конференции. Свердловск, 26 апреля 1988 г. - Свердловск. -1988. -C.I2;

- Карнет Ю.Н., Селезнев Ф.А. К вопросу оптимального коли-ч чества поперечной арматуры//Совертенствование железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства и технологии их производства на Среднем Урале: Тезисы докладов научно-технической конференции. Свердловск, 28 мая 1987 г. -Свердловск. - 1987. - С.Г7;

- Карнет D.H., Селезнев Ф.А. Экспериментальные исследования влияния хомутов на несущую способность сжатых железобетон-

ных элементов//Совершенствование железобетонных конструкций для промышленного и гражданского строительства и технологии их изготовления на Среднем Урале: Тезисы докладов областной научно-технической конференции. Свердловск, 5-6 мая 1988 г. - Свердловск.-

1988. - С.4-5;

- Карнет D.H., Селезнев Ф.А. Методика экспериментальной оценки влияния параметров поперечного армирования в виде хомутов на величину разрушающей нагрузки сжатых железобетонных элементов// Научно-технический прогресс в строительстве: Тезисы докладов научно-технической конференции. Свердловск, 28 апреля, 1988, -Свердловск. - 1988. - С.17;

- Карнет Ю.Н., Селезнев Ф.'к. Совершенствование поперечного армирования сжатых железобетонных элементов//Совершенствование расчета несущих и ограждающих сборных железобетонных конструкций: Сб.научн.трудов/Красноярский промстройниилроект. - Красноярск. -

1989, - С.69-97;

- Карнет Ю.Н., Селезнев Ф.А. К вопросу экспериментального исследования влияния вязаных хомутов на несущую способность сжатых железобетонных элементов//Экономичное армирование железобетонных конструкций. Тезисы докладов научно-технической конференции, Фрунзе, 4 сентября 1990 г. - Фрунзе. - 1990. - С.8;

- Карнет Ю.Н., Селезнев Ф.А. Экспериментальная проверка предельных расстояний между хомутами в статых железобетонных стойках//Прочность, надежность и долговечность строительных конструкций: Сб.научных трудов/МГШ. - Магнитогорск. - 1990.- С.65;

- Провести экспериментальную проверку предельного расстояния ьпжду хомутами в сжатых железобетонных элементах. - Том I: Отчет о НИР (заключительный)/Уралпромстройдаипроект; Руководитель Ю.Н.Карнет; U ГР 0I8800II388; Инв.№ 02880035910. - Свердловск. - 1990. - 62 с.

»• Карнет Ю.Н,, Селезнев Ф.А.- Влияние хомутов на несущую зпособность слсатьк железобетонных элементов: Материалы ХХШ международной конференции в области бетона и железобетона. Москва, 16-23 мая 1991 г, - М.: Стройиздат, 1991. - С.285-287.