автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние поперечного армирования на трещиностойкость, деформации и прочность изгибаемых трехслойных элементов с утеплителем из полистиролбетона низкой прочности



МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК. 624.072.2.241.012.45 ИИГМАНОВ Зафар Мирхосилович

ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО АРМИРОВАНИЯ ПА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ, ДЕФОРМАЦИЙ И ПРОЧНОСТЬ ИЗГИБАЕМЫХ ТРЕХСЛОЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УТЕПЛИТЕЛЕМ ИЗ ПОЛИСТИРОЛБЕТОБА НИЗКОЙ ПРОЧНОСТИ

Специальность: 05-23 01 — Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ — 1994

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона "(НИИЖБ) Минстроя России и в Ташкентском архитектурно-строительном институте.

Научный руководитель — к. т. н., доцент X. А. Акрамов.

Научный консультант — д. т. н., профессор член-корр.

РААСН Ю. В. Чиненков-

Официальные оппоненты — д. т. н., профессор

О. Г. Тарасов,

к. т. н., доцент А. А. Ахмедов.

Ведущее предприятие — Узбекский научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий им. Х- Асамова Госкомархитекстроя Республики Узбекистан (УзНИИЭП).

Защита диссертации состоится «Мя аашА— 1994 г.

4 и о?

в _час. на заседании специализированного совета

К. 067-03.21 при Ташкентском архитектурно-строительном институте по специальности 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения по адресу, г. Ташкент, ул. Якуба Коласа, 16, ауд. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского архитектурно-строительного института. Отзывы просим направлять по адресу: 700011. г- Ташкент, ул. Навои, 13.

Автореферат разослан « Ь » .АЛ.&- А 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, —.

к. т. п., децснт П' х-

ОБЩАЯ 'ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Повышенна тер^ческого сопротивления стен и других ограждающих конструкций является'на сегодня одной из важнейших задач строительства зданий и сооружений. В качестве альтернативы однослойным леп-собетонным и классическим многослойным ограждамцим конструкциям в настоящей работе предлагается новая разновидность, трехслойных элементов с утеплуицим слоем из низкопрочного Оетона (до 0,5 М11а), монолитносвязянного с наружными слоями из тяжелого или легкого конструкционного оетона, что достигается непрерывной укладкой слоев конструкции, при изготовлении-.

Актуальность. Низкое качество применяемых искусственных пористых заполнителей бетонов в однослойных и повышенная трудоемкость изготовления трехслойных ограждающих конструкций с гибки)« связями, а также возможность возгорания утеплителя и коррозии гибких связей выдвигает необходимость изыскивать ноЕые решения огразсдаюклх конструкций. При сохранении толшины ограждения в предлагаемой конструкции, термическое сопротивление в среднем в 1,5...2 раза вкие, чем однослойных, и существенно меньше расход арматуры, чем в трехслойных с гибкими св5иями, а также они лишены упомянутых выше недостатков классических ограждающих конструкций. В связи с этим исследование, разраоотка и внедрение в строительство арехслойных конструкций ;..,>нолитного сечения с утеплителем из кизкопрочных бетонов является актуальным.

Целью диссертационной расюты является исследование трэд-ностсйкости, прочноста и деформаций изгибаемых трехслойных элементов монолитного сечения с утеплителем из. полистнролоетона низкой прочности по нормальным и наклонным сечениям и разработка практических рекомендаций по их проектированию и применению в ограздающих конструкциях:

Для достижения целя исследования решены следующие задачи: 1. Получены экспериментальные результаты о прочностных и деформативных свойствах утеплителя трехслойных конструкций -пояистиролбетона прочностью до 0,5 КЛа, необходимых для расчета элементов по предельным состояниям;. у

■ 2. Экспериментально изучена работа изгибаемых трехслойных элементов со.средним слоен из полистиролбетона , при нагрутенин

- 4 - -

их кратковременной нагрузкой на всех ступенях вплоть до разрушения, включая влияния сдвига на перемещения конструкции, усиления приопорных участков поперечной арматурой и изменения продета среза;

3. Дана оценка приемлемости методик расчета, принятых в действующих нормах и литературе, по прочности, треииностойкости и деформациям изгибаемых трехслойных элементов монолитного сечения, включая границы возможного применения формул сопротивления материалов по расчету перемещений конструкции.

4. Разработаны рекомендации и предложения по проектированию и применению ограздаюадх трехслойных конструкций со средним слоем из полистаролбетона.

Автор защшает:

1. Результаты экспериментально-теоретических исследований прочностных и деформативных свойств полистаролбетона прочность» до 0,5 МПа; •

2. Результата экспериментальных исследований прочности, трещиностойкоста и деформаций изгибаемых трехслойных железобетонных элементов со средние слоем из полистаролбетона прочностью до 0,5 МПа и с наружными слоями из тяжелого бетона;

3. Практические рекомендации по расчету трехслойных изгибаемых элементов со средним слоем из полистаролбетона по прочности, образования трещин и деформациям.

Научная новизна работы;

1. Экспериментально-аналитические данные о прочностных и деформативных свойствах полистаролбетона прочностью до 0,5 МПа;

. 2. Экспериментальные данные о прочности, жесткости и трещиностойкоста изгибаемых трехслойных элементов со средним слоем из полистаролбетона прочностью до 0,5 МПа и с наружными слоями из тяжелого бетона;

3. Предложения по теоретической оценке треииностойкости, прочности и деформаций трехслойных элементов монолитного сечения с низкопрочным средним слоем'из полистиролбетона; .

4. Экспериментальные результаты о влиянии поперечного армирования (хомутов и наклонных стержней) на работу трехслойных железобетонных элементов монолитного сечения при изгибе и рекомендации по их учету в расчетах;

5, Счепг;нп/£нта.пьные данные о влиянии деформаций сдвига срэднего слоя из нюког.рочного бетона на прогибы изгибаемых трехслойна элементов с монолитноевязанными слоями и предложения по их оценке;

3. Экспериментальные результаты о влиянии образования наклонных и нормальных трешин на прогибы , изгибаемых трехслойных элементов'монолитного сечения и рекомендации по их учету в расчетах .

Практическое значение работы. Экспериментально-теоретические исследования позволили получить комплекс данных, необходимых для разработки рекомендаций по расчету трехслойных ограждаю®« конструкций ыонолитного сечения с утеплителен из поли-стиролбетона низкой прочности. В целях единства сохранены методические подходы расчета и записи формул действующих норм с изменением величины численных коэффициентов, отражаащх полученные экспериментальные результаты.

Результаты исследования учтены при разработке трехслойных панелей хранилищ плодоовощной продукции в соответствии с хозяйственным договором по заказу Агропрометроя Республики Узбекистан, трехслойных панелей стен для адмоытаомСината Анненского рудника по заказу А.О. КазмедьстроЯ и трехслойных панелей ленточной разрезки для промышленных зданий в соответствп с программой Стройпрогресс-2000.

В результате комплексного решения вопросов, связанных с проектированием ограждающих конструкций, созданы условия для их внедрения в строительстве.

Объем работы. Диссертация состоит кз введения, шеста глав, обшцх выводов и предложений, списка литературы и приложений. Она содержит 201 стр, включая 144 страницы машинописного текста, 40 рисунков и 18 таблиц. _ .

Работа выполнена в лаборатории легких бетонов и конструкций НИИЖБ г. Москва при научных консультациях члена-корреспондента РААСК, доктора технических наук, профессора Ю.В.Чиненкова, а часть работы - в Ташкентском архитектурно-строительном институте под руководством кандидата технических наук, доцента Акраысва X. А. о

- 6 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Состояние вопроса рассмотрено в первой главе. Свойства бетонов с применением полистирольного заполнителя изучены в работах Г.А.Бужевича, Л.А.Макеевой, О.С.Дейнеко, Л.Й.Брусковой, Н.Е.Яхонтовой, Г.К.Авдеева, Т.И.Милых, Н.Ф.Почанского, А.В.Не-хорошева, А.П.Маркина и др. и в основном посвящены совершенствованию составов бетонных смесей. Исследования по применению полистиролбетона в многослойных конструкциях проводились Е.А.Король, А.А.Евдокимовым, И.А.Дорожковой и др. Тем не менее данных по прочностным и деформативным характеристикам, необходимых для расчета и проектирования конструкций с использованием полистиролбетона недостаточно, а для полистиролбетона прочностью до 0,5 Ша они отсутствуют. Вместе с тем, именно применение ниэкопрочных бетонов, благодаря их теплофизическиы качествам, наиболее эффективно в ограждающих конструкциях.

Учеными СНГ и зарубежных стран проведены теоретические и -экспериментальные исследования по совершенствованию расчета и разработке многослойных конструкций. Большинство авторов предлагает выполнять расчет многослойных элементов с использованием подходов, .приняггых в нормативных документах, с учетом особенностей геометрии и различия прочностных и деформативных свойств бетонов слоев. ' •

Расчет по образованию наклонных.к продольной оси элемента трещин многослойных конструкций монолитного сечения в действующих нормах не рассматривается, однако имеются предложения А.А.Евдокимова, О.С.Дейнеко и др. по оценке трешиностойкоста по наклонному сечению вести расчет, при отсутствии нормальных трещин, из условия достижения главных растягивавших напряжений предела прочности бетона среднего сдоя на осевое растяжение. С точки зрения физики явления этот подход является недостаточно последовательным, поскольку не учитывает фактическую, прочность бетона на растяжение в услобиях плоского напряженного состояния. Об этом отмечается в работах А.А.Кудрявцева, А.С.Залесова, Е. А. Король. Изучение вопроса образования трещин по наклонному сечению трехслойных конструкциях проводилось преимущественно в элементах без поперечной арматуры. Данные о влиянии поперечного армирования на величину образования наклонных трещин трехслой-

&

- ? -

гыл элааггпг/л о^тсгауэт. .

П|»«п.!осто кгикхсяк сечений трехслойных элементов изучаюсь в р&бсяы: А.Л.Звдокиыова, И.Д.ЯОдаижского, Е.А.Король, ПчМЛЗДороаа, й.И.Нэакаускаса и др. В этих исследованиях, как праадос, кспалзуются предпосылки действующих норм, но с раз-мрмши значат«« эмпирических коэффициентов, в работе £. А .Король отаачйко существенное повышение несущей способности трехслойны1; злгл--£НТОВ по наклонному сечению при армировании при-огюрпых зон хомутами и наклонными стержнями, а в исследованиях, провзденных А.С.Залесовым, О.Ф.Ильиным и др. установлено, что для повышения прочности стенок- приопорных сон элементов двутаврового сечения наиболее эффективно применять наклонное армирование. Целенаправленных исследований по изучению влияния поперечного армирования на прочность трехслойных элементов по наклонному сечению не проводилось:

Рекомендации по расчету трехслойных железобетонных элементов по образовании нормальных трепли в действующих норнах отсутствуют. В исследованиях И.Л.Жсдзижского, Н.А.Корнееа, Е.А.Король, Ю.В.Чиненкова, А.А.Кудрявцева предлагается расчет выполнять по формулам норм путем замены трехслойного сечения однородным двутавровых исходя из отношения начальных модулей упругости или прочностей на осевое растяжение бетонов слоев. Во всех предложениях нет единого мнения.

Для расчета деформаций трехслойных элементов авторы боль-винства'работ предлагают сечение заменять приведенным двутавровым в зависимости.от отношения модулей упругости бетонов слоев и далее применять формулы действующих норм. Такке в работах й.А.Дорожковой, Е.А.Король,.В.Б.Полетаева, Г.Е.Колосова выявлено незначительнее влияние деформаций сдвига низкепрочного среднего слоя трехслойных элементов на прогибы конструкции. Однако,' в исследованиях д. Я. Алексей дрова, Л.Э.Брюякерв, П.М.Куриша, •Е.И.Плантема, ¡{.Штамма и Н.Витте, С.П.Тимоиенкс отмечено, что относительная величина прогибов т^хслойнн? конструкций за счет поперечного сдвига моэкт достигать более ьош от ол®« .чефс-рш--цйй, Вьесте с тем, не- изучено плляние 'поперечного ^(-никюния 'ча деформации сдвига трехслойных элямечтоь.-

'ютим образом, в нреддош-шя* по расчету "рдхслсйм?/.. эле-

мантов по тревдностойкости, прочности и деформациям нет единообразия и недостаточно данных о влиянии поперечной арматуры на работу конструкции.

Вторая глава посвящена методике экспериментальных исследований . Для проверки трешлностойкости, прочности и деформаций изгибаемых трехслойных элементов монолитного сечения проведено комплексное экспериментально-теоретическое исследование. Изготовлено и испытано четыре серии (20 балок) образцов длиной 330 (пролетом 300) и сечением 16 х 25 см с наружными слоями, толщиной 4 см каждый, из тяжелого бетона прочностью 23..,30,6 МЛа и с внутренним слоем из лолистиролбетона прочность!) О,245...0,496 МПа. Высота поперечного сечения принята близкой к реальным ог-раадаюшцм конструкциям.

I серия балок запроектировала с целью изучения влияния поперечной арматуры в виде вертикальных стержней на работу трехслойных конструкций. Она включает восемь образцов с рабочей ар-натурой диаметром 12 ш класса A-III и различной поперечной арматурой. Две балки не имели поперечного армирования, в шести других балках установлена поперечная арматура с шагом 21 см и диаметром 4...9,8 ш из стали класса A-I (площадь поперечной арматуры меняется в арифметической прогрессии).

II и III серии из четырех балок кавдая запроектированы с целью изучения влияния пролета среза на работу трехслбйных конструкций. Балки армированы только рабочей арматурой диаметром 8 мм из стали класса A-III.

II серия балок запроектирована с целью изучения возможности усиления приопорных зон поперечной арматурой в виде наклонных стержней. Продольная арматура выполнена из класса арматуры A-III диаметрам 12 мм. Один образец без поперечной арматуры, в трех других наклонная арматура выполнена соответственно диаметром 4 и 5 мм из стали класса B-I и 6 мм из стали класса A-I.

Для изготовления балок использованы металлические формы ,с разьешыми бортами i наращваемыми в процессе бетонирования на высоту укладываемого слоя. Для определения механических характеристик бетонов наружных и внутреннего слоев параллельно изготовлены контрольные образцы к ним.

Все балки испытаны по схеме свободно опертой балки и за-

груженной с двумя симметрично, расположенными сосредоточенными силами на кратковременную нагрузку. I и.П серии балок испытаны при пролете среза 63 см, а во II и III сериях пролет среза менялся на расстоянии 23...69 см.

Для изучения напряженно-деформированного состояния трехслойных балок измеряли деформации бетонов с средней часта пролета в зоне постоянных моментов, деформации среднего слоя в приопорной зоне в направлении главных напряжений, деформации в поперечной арматуре, а также прогибы конструкции в середине пролета, в сечениях под грузом и на участке между грузом и серединой пролета.

Прочностные и деформативные свойства бетонов и арматуры трехслойных балок определяли в соответствии с действующими го-су дарственньял! стандартами и техническими условиями, а также рекомендаций НИ ИЗБ. Наиболее широко изучены свойства полисти-ролбетона и результаты сопоставлены е другими бетонами.

Третья, четвертая и пятая главы посвящены анализу экспериментальных результатов и сравнению их с расчетными..

Во всех испытанных балках наклонные трещины появились раньше нормальных. Исключение составлянт образцы, армированные наклонными стержнями в приопорных зонах, в которых наклонные трещины появились одновременно или после . появления нормальных трещин.

Для двух балок-близнецов I серии без поперечной аркатуры нагрузка при образований наклонных трещин составила в среднем 3,0 кН. В шести других балках этой серии, армированных поперечными стержнями в приопорных зонах, наклонные тресты появились при нагрузках, равных 2,2...2,6 кН, что составляет 73...87Ж от нагрузки при образовании трещин в балках без поперечной арматуры. Раннее образование трещин в Салках с поперечной аркатурой связано с начальными напряжениями от усадки бетона среднего слоя в стесненных, за счет арматуры, условиях.

Нагрузка при образовании наклонных тревдн в балках II и III серий увеличивалась с уменьшением пролета среза от 1,4... 5,6 кН. Влияние различия в прочности полистиролбетсиз балок II и III серий (около 7%) на образование трещин не выявлено . '

- 10 -

При усилении приопорных зон наклонными стержнями в балках II серии нагрузка при образовании наклонных трещин повышается. В первой балке этой серии без поперечной арматуры наклонные трешины появились при нагрузке, равной 2,4 кН, а в трех других, армированных в приопорных зонах наклонными стержнями, наклонные треиины обнаружены при нагрузках, равных соответственно 3,2 ; 4,0 и 5,2 кН, при которых относительные деформации в направлении главных растягивающих напряжений достигли соответственно 5; 7 и 7,1 мм/м. Это существенно превышает предельные деформации, замеренные перед разрушением контрольных образцов полистиролбе-тона. Из этого можно заключить, что диаграмма "напряжение - деформация" полистиролбетона имеет достаточно длинную нисходящую ветвь.

Все балки разрушились в приопорных зонах. Балки без поперечной арматуры, испытанные при пролете среза 34,5...69 см, разрушились при нагрузках в 2,5...3,14 раза превышающих нагрузку при появлении наклонных трещин, в отличие от однослойных, которые разрушаются, как правило, при появлении первьи наклонных трещин. С уменьшением пролета среза увеличивалась разрушающая нагрузка и разрушение происходило от среза бетона среднего слоя, Исключение составляхгг Салки без поперечной арматуры, испытанные при пролете среза 23 см, разрушение которых происходило от раздробления бетона среднего слоя между наклонными трещинами. 00 этом свидетельствуют замеренные деформации бетона в направлении главных сжимающих напряжений, достигших 4,94 мм/м, что на 17Ж больше, чем замеренные на контрольных призмах перед разрушением.

Балки с поперечной арматурой в виде вертикальных стержней разрушились при тех же или несколько больших (до 12Ж) нагрузках по сравнению с балками без поперечной арматуры, так что такое поперечное армирование практически не повлияло на несущую способность элемента. Разрушение этих балок происходило от сжатия бетона среднего слоя между наклонными треиинами. Это подтверждается появлением леввдок на участках между поперечными стержнями, а замеренные перед разрушением деформации бетона в направлении главных сжимающх напряжений достигли 10,2 мм/м, что существенно вше замеренных перед разрушением на контрольных

органах. Балки с поперечной арматурой в виде наклонных стержней разрушились при нагрузках, существенно больших, чем контрольная балка без поперечной арматуры. При диаметре стержней 4 , 5 и 6 мм увеличение нагрузки по сравнению с Сапкой без поперечной арматуры составило соответственно 112,5 ; 137,5 и 21256. Исчерпание несущей способности этих балок происходило при достижении наклонными отергнями деформаций, соответствующих их текучести.

Первые нормаль низ трещины появились в зоне постоянных моментов. Отличие прочности бетона среднего слоя в балках II v III серий (0,435 и 0,496 МПа) при одинаковой прочности бетона их наружных слоев (30,6 МЛа) практически не сказалось на среднем значении величины момента при образовании тренда. Момент при образовании трещин в балках IY серии был на 19,ниже, чем в балках I серии - приблизительно при. таком же различии прочности бетона на осевое растяжение наружных слоев.

На этапах до образования трещин прогибы балок увеличивались практически пропорционально нагрузке. Балки I серии с поперечной арматурой прогибались на 10...35Ж больше, чем балки без поперечной арматуры. Это связано с влиянием начальных напряжений, возникающих за счет стесненной усадки бетона, что в результате снижает ее сдвиговую жесткость. Прогибы балок с наклонными стеркнями (IT серия) были меньше, чем балки без поперечной арматуры. Отличия увеличивались с увеличением диаметра стержней. Это связано в основном с. повышением жесткости на сдвиг среднего слоя за счет усиления ее арматурой в направлении главных напряжений.

Прогибы балок, найденные непосредственно замераьгл относительно грузов, сравнены с полученными на основе продольных деформаций бетона (<*?) и арматуры () в середине пролета по следующей формуле

t =-Ü--1 Г h f- (-J-zJUL)* , / ¡/

где h - расстояние мезду приборами по высоте элемента;

а - расчетный пролет и длина пролета среза балки. Результаты получились близкими меаду собой. Ко прогибы, найденные непосредственно замерами относительно опор получились су—

- 12 -

шественно большими, чем прогибы, полученные по формуле

где рт - коэффициент, зависящий от схемы загружения и точки, где определяется прогиб.

Эта отличия есть следствия влияние деформаций сдвига ' на общие прогибы конструкции. Величину прогибов от' деформаций сдвига проконтролировали б местах расположения грузов и в середине участков между грузом и серединой пролета балки и получили достаточно близкие результаты. Описанную методику анализа прогибов трехслойных балок использовали на всех стадиях работы балок: до появления трещин, после появления только наклонных трещин, и наконец, при наличии всех трещин и получили, что прогиб от поперечных сил испытанных балок составляет в стадии до образования трещин 22...120%, а в эксплуатационных нагрузках -30...190Ж относительно прогибов от изгибающего кюмента.

Для расчета элементов по образованию наклонных треиин трехслойное сечение заменили однородным двутавровым из бетона среднего.слоя с шириной стенки, равной ширине исходного сечения, и Еириной полок, увеличенной пропорционально отношению начальных модулей упругости бетонов наружных и внутреннего слоев. При отсутствии нормальных трещин в растянутой зоне, расчет по образованию наклонных трешин опытных балок произведен по формуле / 141/ СНиП 2.03.01-84* из условия, что главные растягивающие напряжения не должны превышать предела прочности на осевое растяжение бетона с учетом плоского напряженного состояния. Но, в отличие от действующих норм, коэффициент, учитывающий

плоское напряженное состояние бетона среднего слоя, рекомендуется определять по формуле К.П.Верыгина

»V. = 1 1 - К« / «ь)г • ' 3/

•Для балок без поперечной арматуры результаты расчета по образованию наклонных трешин достаточно хорошо согласуется с результатами, полученными при испытаниях - в среднем .различие составило 1,5Х. В балках с поперечно'- арматурой в' виде вертикальных стержней при образовании наклонных трещин главные растягивающие

напряжения, найденные расчетом, составили 71...82Ж от предела прочности на растяжение бетона среднего слоя с учетом плоского напряженного состояния. Основываясь на экспериментальных результатах, предлагается учесть влияние поперечных стержней на нагрузку образования наклонных трещин коэффициентом у,

' Ъ.вЬг

равным 0,8 , как это имело место при поперечной арматуре диаметром до 6 мм. Армирование приопорных участков поперечной арматурой в виде наклонных стержней повысило нагрузку при образовании наклонных трешин. Положительное влияние наклонных стержней на нагрузку при образовании наклонных 'трешин рекомендуется учитывать путем замены ширины сечения приведенным по следующей формуле

<у . А .

Ь . = Ъ + , / 4/

'.Va.

Для практических расчетов значение напряжения в наклонной арматуре рекомендуется принимать равным 30,0 Ша и . при отсутствии нормальных трещин расчет вести по условию / 141/ СНиП 2.03.01-84* с учетом плоского напряженного состояния, определяемого по формуле / 3/, а при наличии трещин в растянутой зоне образование наклонных трещин рекомендуется оценивать по формуле

Ó = Ь.л ha . " /5/

качение коэффициента *>Ь9 в этой формуле рекомендуется принимать равным единице.

Проведенные опыты показали, что наружные слои трехслойных балок из.„более прочного бетона сдерживают развитие и раскрытие наклонных трепли, повышая их несущую способность. Расчет прочности трехслойных элементов по наклонному сечению рекомендуется производить из следующего условия

Q < е . Q , /в/

— com ere*

где Qcrc - расчетная поперечная сила при образовании наклонных трети; рсм - коэффициент, учитъгваюкгий конструктивную ссо0етюсю> трехслойного сечения, принимаемый равным 2,2.

Для расчета балок по прочности, разрушенных от.сжатия* бе-

тока среднего слоя между наклонными трещинами, в СНиП 2.03.01-В4* рекомендуется условие /72/. Проведенные опыты свидетельствуют о том, что поперечная арматура в виде вертикальных стержней практически не влияет на несущую способность трехслойного элемента, т.е. коэффициент ^ следует принимать равным единице. Влияние же коэффициента на конечный результат незначительно и его также удобно принимать равным единице. При этих условиях экспериментальные значения коэффициента в формуле /72/ СНиП 2.03.01-84* получается в пределах .1,1... 1,39. Для расчетов, до накопления экспериментальных результатов, значение числового коэффициента предлагается принимать равным 0,75.

Армированием приопорноЯ зоны поперечной арматурой в виде наклонных стержней существенно повышается несуиая способность трехслойных элементов по наклонному сеченим, и очевидно, в этом случае расчет по прочности следует производить как сумму поперечных сил, воспринимаемых бетоном и наклонной арматурой.

Для оценки трехслойных элементов по образованию нормальных трещин был выполнен расчет по следующей формуле •

, ■ 1 ( 11-х-ь , ь

+ + у;] - £ + Уь> . / 7/

При выводе формулы / 7/ использованы предпосылки,, принятые, в п.4.2 СНиП 2..03.01-84* и учтены реальные значения лрочностей на растяжение бетона наружных и внутреннего слоев, начального модуля упругости и наличия арматуры в нижнем растянутом слое. Результаты расчета при этом получились близкими к опытным.

Замена трехслойного сечения однородным позволяет оценить образование нормальных трееин по методике ядровых сечений (методика СНиП 2.03.01-84*). Рекомендуется заменить трехслойное сечение однородным двутавровым со ступенчатой на уровне нейтральной оси стенкой, укязньшенной в сжатой и растянутой зонах пропорционально отношению начальных модулей упругости и сопротивления, осевому растяжению бетона наружных и внутреннего слоев. Здесь геометрические размеры приведенного сечения отражают различия прочностных и деформатиеных свойств бетонов слоев.

- 15 -

Анализ экспериментальных результатов свидетельствует о допустимости раздельного определения прогибов трехслойных элементов от изгибающего момента и поперечных сил с последующим их суммированием. Расчет прогибов от изгибающего момента рекомендуется определять по формулам СНиП 2.03.01-84*. При этом необходимо трехслойное сечение элементов заменить однородным исходя из отношения начальных модулей упругости бетонов слоев. Расчетные формулы действующих норм по оценке прогибов от поперечных сил дают значительно завышенные результаты (более 2 раз) по сравнению с опытными. В связи с этим рекомендуется прогибы. от поперечных сил трехслойных элементов рассчитьвать по следующей формуле сопротивления материалов, более строго учитывающей форму приведенного поперечного сечения

. /в/

о

где САЬ- сдвиговая жесткость поперечного сечения;

X - коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения и определяемый по формуле

к = ^ Г <32 , /9/

1

есгс- коэффициент, учитывающий влияние появления трёщш на прогибы от поперечных сил.

Подхода, принятые в СНиП 2.03.01-84* по учету трещин коэффициентом рсгс на прогибы от поперечных сил, качественно отражают результаты экспериментов, но количественно имеют завышенные результаты. Этот вопрос решен внесением коррективы на эмпирические коэффициента действующих норм.

Влияние поперечной арматуры в виде вертикальных стержней на увеличение прогибов конструкции от поперечных сил рекомендуется учитывать в расчетах снижением начального модуля упругости среднего слоя на ЗОЖ.

Снижение прогибов конструкции от поперечных сил при усилении приопорной зоны наклонны»«! стержнями рекомендуется учитывать заменой ширины сечения приведенным по следующей формуле

4«, - ЕГ + ь • ' ю/

Пришлая за основу расчетные формулы определения прогибов трехслойных элементов, выведенных Л.Э.Брюккером методами теории упругости, произведено численное сопоставление этих результатов с результатами, полученными по расчетным формулам, рекоиендуе-ыыы в данной работе. При этой начальный модуль упругости наружных слоев принят постоянным и равным 27000 ЫПа, а для внутреннего слоя этот параметр менялся в пределах О...10 МПа. Результатами численного анализа установлено, что при модуле упругости среднего слоя 20 МПа и выше различия в результатах расчета останутся в пределах точности инженерных расчетов'(5Ж). Эта последняя цифра и может слукить границей использования для расчета формул сопротивления материалов для сечений, близких к рассматриваемым.

. В шестой главе рассматривается внедрение результатов исследований. Испытанием трехслойных элементов натурных размеров получено, что при нормативной нагрузке трещину в панелях не образовывается, перемеарния панелей составляет при этом не более 1/3625, что существенно меньше допустимой в действующ« нормах, к вплоть до разрушения сечение работало монолитно. Расчеты, выполненные в соответствии с методикой СНиП 2.03.01-84* с учетом рекомендаций данного исследования дают достаточно хорошо согласующиеся результаты по сравнению с опытными. • - , -

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ - '

- ■" ' Проведенные исследования позволяют сделать нижеследующие основные вывода и предложения.

1. Механические свойства полистмролбетона.

. ■ Призменная прочность полистиролоетона составляет 88... 90% от кубиковой, что на 15...20% вьше принятого при нормировании для тяхелого и легкого бетонов. Прочность полиетиролбетона на осевое растяжение составляет 30...33$ от его кубиковой прочности. Начальный модуль . упругости полиетиролбетона прочностью 0,2...0,5 Ша составил 178,4...425 ЫПа. Сжимаемость и растяжи-шеть полисти1Х)л0етон£ без учета нисходящей ветви составил со-

ответственно 3,28...4,21 и 1,8... 2,6 мм/м, что превышает таковые для других видов бетонов. Коэффициент поперечных деформаций полистиролбетона составил 0,26 , что на 30% выше нормируемого. Деформации свободной усадки полистиролбетона составили 3,2... 3,77 мм/м, что существенно превышает этот показатель для тяжелых и легких бетонов.

2. Образование наклонных тревдн.

а. В элементах без поперечной арматуры с уменьиением пролета среза от 3 до 1 Ьд выявлен рост усилий образования наклонных трепан на 13,6...27!?.

б. Расчет трехслойных элементов без поперечной арматуры по образованию наклонных трешин при отсутствии трешин в нормальных сечениях можно вести как для упругого тела по условию / 141/ СНиП 2.03.01-84". Коэффициент, учитывающий плоское напряженное состояние "растяжение-сжатие" бетона в приопорной зоне гьл рекомендуется вычислять по формуле / 3/. Для испытанных балок теоретическая нагрузка образования трещин при этом отличается от фактической опытной в среднем, на 1,535.

в. При наличии поперечной арматуры в виде вертикальных стержней нагрузка при образовании наклонных тренда снижается по сравнению с балками без поперечной арматуры до 20$, что и рекомендуется учитывать при расчете.

г. Наклонные стержни, установленные под углом 45? к продольной оси элемента, существенно повышают (1,75...2,2 раза) нагрузку при образовании наклонных трещин по сравнению с байками без поперечной арматуры. При отсутствии нормальных трепан в растянутой зоне расчет по образованию наклонных трещин балок с наклонно!*, поперечной арматурой рекомендуется производить по условию / 141/ СНиП 2.03.01-84* и формулы /ЗА При наличии нормальных трещин в растянутой зоне для расчета трехслойных балок с наклонными стержнями по образованию наклонных тресда рекомендуется использовать формулу / 5/, принимая коэффициент »>м равным 1. Положительное влияние наклонной арматуры рекомендуется учитывать по формуле / 4/ при значении напряжения в поперечной арматуре 30,0 МПа. Для испытанных бачок результата расчета при этом отличаются от опытов на +3,9...-8,5%.

3. Прочность приопсрных зон.

а. Разрушение трехслойных элементов без поперечной аркатуры происходит при ютрузках, превышающих в 2,5...3 раза нагрузку образования наклонных трещин, при этом с уменьшением пролета среза несущая способность элемента по 'наклонному сечению повивается на 8,9...50Ж.

б. Для оценки несущей способности трехслойных балок без поперечной арматуры рекомендуется пользоваться условием / 6/, с учетом коэффициента *>соп1 = 2,2 .

. в. Армирование трехслойных балок вертикальными поперечными стержнями незначительно повышает несущую способность трехслойных элементов (до 12%) и разрушение происходит от раздавливания бетона среднего слоя в приопорной зоне мегду трещинами. Расчет этих балок рекомендуется производить по условию / 72/ СНиЛ 2.03.01-84* при коэффициенте ри1 , учитывающем поперечное армирование, равном 1 и принимая значение числового коэффициента равным 0,75. При этом результата расчета получаются с некоторым запасом.

г. Значительно повысить несущую способность наклонных сечений трехслойных балок можно за счет поперечной арматуры, установленной под углом 45° к оси элемента, в виде треугольной решетки. Предельную поперечную силу для таких элементов рекомендуется определять как сумму поперечных ~ил, воспринимаемых бетоном и арматурой. При этом различия результатов расчета от опытных в среднем составляют 258.

4. Образование нормальных трещин. •

а. Оценка трехслойных элементов по образованию нормальных трешлн расчетом по формуле/ 7/ с учетом основных положений, изложенных в п.4.2 СНиП 2.03.01-84*, наиболее полно отражает Физическую сущность явления и удовлетворительно согласуется с опытными данными {различие для всех оалок составляет 4,ЗЖ).

б. Для расчета трехслойных элементов по образованию нормальных трещин по методике СНиЛ 2.03.01-84* рекомендуется заменить трехслойное сечение однородным двутавровым со ступенчатой на уроьне нейтрадььой оси стенкой, уменьшенной в сгатой и растянутых зонах яропориионсльчо отношению начальных модулей упругости V сопротивления осевому растяжению Сетона нарушь« и онутрепнсп.- слоьв. При этом различал стати к и расчета» ре-

■ - 19 -

зультатов составили в среднем 8,5%.

5. Деформации.

а. Прогиб изгибаемых элементов трехслойного сечения со средним слоем из полистаролбетона низкой прочности обусловлен не только деформациями изгиба, а в значительной мере и деформациями сдвига. Для испытанных балок 1 прогиб от поперечных сил составил до образования трещин 22...120%, а при эксплуатационных нагрузках - 30...1803! прогиба от изгиба.

б. Анализ экспериментальных результатов свидетельствует о допустимости раздельного определения прогибов от изгибающего момента и от поперечных сил с последующим их суммированием.

в. Расчет прогибов от изгибающего момента трехслойных элементов рекомендуется производить по методике СНиП 2.03.01-84* путем замены трехслойного сечения однородным двутавровым исходя из отношения начапьных модулей упругости бетона слоев. При этом результаты расчета отличаются от. фактических в среднем на 7%.

г. Прогибы от поперечных сил трехслойных элементов без поперечной арматуры рекомендуется определять по формуле / 8/ с учетом коэффициента Форш приведенного сечения по Формуле / 9/. Трехслойное сечение здесь также приводится к однородному двутавровому исходя из отношения начальных модулей упругости бетона слоев. При этом результаты расчета.отличаются от замеренных в стадии до образования треда в среднем на 15%.

д. Армирование приопорных зон трехслойных элементов вертикальными поперечными стержнями приводит к увеличению прогибов от поперечных сил. В практических случаях влияние .поперечной арматуры о виде вертикальных стержней предлагается учитывать снижением.начального модуля упругости бетона среднего слоя на ЗОЖ, и далее расчет прогибов производить как рекомендуется для балок без поперечной арматуры.

е. Армирование приопорных зон поперечными стержнями в виде наклонной арматуры снижает прогибы от поперечных сил на 10... 90% по сравнению с неармированнкми балками трехслойного сечения. Влияние наклонных стержней предлагается учитывать изменением ширины сечения элемента по формуле / 10/ и далее расчет вести как для элементов без поперечной арштуры. При этой результаты расчета в стадии до образования трепли отличаются от

полученных при испытаниях в среднем на 12%.

х. Появление наклонных и нормальных к продольной оси элемента трсиин влияет на интенсивность роста прогибов от поперечных .сил. При наличии только наклонных треадн рекомендуется учитывать влияние их на прогибы от поперечных сил коэффициентом tPere, принимаемым для балок без поперечной арматуры равным 1,5, а для балок с поперечной арматурой - 2. Влияние нормальных или нормальных и наклонных трещин на прогибы от поперечных сил рекомендуется учитывать также коэффициентом *>сгс, определяемым по формуле / 172/ СНиП 2.03.01-84* при значении числового коэффициента для балок без поперечной арматуры и с арматурой в виде вертикальных стержней равном 1,5 , а для балоч с наклонными стержнями в приопорной зоне - 1,1 . При этом результаты расчета наиболее близко соответствуют фактическим прогибам трехслойных элементов от поперечных сил после появления трещин.

з. Теоретическим анализом прогибов до образования трещин установлено, что в трехслойных элементах монолитного сечения с начальным модулем упругости низкопрочного среднего слоя более 20 Mía возможно для определения прогибов конструкций применять формулы сопротивления материалов.

6. Результаты экспериментальных исследований натурных образцов и моделей трехслойных панелей подтвердили надежность .таких конструкций по прочности, жесткости и трещиностойкости.

Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в слёдующих работах:

1. Акрамов Х.А., Нигманов З.М. К расчету изгибаемых трехслойных конструкций монолитного сечения по прогибам //Сб.научных трудов / ТАСИ.-Ташкент,1993.- Разработка технологий и исследования свойств вязеупдех, заполнителей бетонных и железобетонных изделий и конструкций.- с.49-64.

■ 2. Нигманов З.М. Полистиролбетон прочностью до 0,5 МПа для многослойных ограждающих конструкций // Депонировано ГФ НТИ ГШГГ РУЗ, 1994 - N 2049-У394.- 3 с.

'З.Ннгманов З.М. Треданостойкость, прочность и деформации изгибаемых трехслойных железобетонных элементов монолитного сечения // Депонировано ГФ НТИ ГКНТ РУз, 1994 - к 2050-Уз94.- 9 с.

3. М. НИГМАНОВнинг "Урта патлами кам мустах,камликдаги полистирол-бетондан иборат учкатланлик эгилишга ишлайдаган элементларни кундаяанг арматуралашнинг йрилиш бардошлигига, деформацияга ва мустщкамликка таъсири" деб номланган авторефератининг кискача

назмуни

I «

Мазкур ишда бино ва иншоотларнинг деворлари ва бойка тусия конструкциялари учун ички катлами ?та енгил бетондан иборат уч катламли элементларнинг яхлит кесимли янги хили таклиф этилади. Унинг ички катлами муста^камлиги 0,5 ИПа гача булган полисти-ролбетондан, ташки катлами эса мустахкаилиги 15 МПа ва ундан щори булган огир бетондан иборат. Уч катламли элементларнинг ёриада бардоашилиги, нустахкшлиги ва эгилувчанлиги улчамлари 16x25x330 см булган балкасимон конструкцияларда тексиридди. Кокструкциянинг ишгаимга унинг таянч кисмларини арматурздап ва ау билан бирга циркия пролётини узгарипн таъсирлари урганилган. Балка таянч кисмлартш вертикал холдаги арматура билан кундалакг арматурапал кия кесим ОУйича мустахкамлигини узгартирмайди ва циркувчи куч остидаГи эпшягни опирали. Балка таянч ¡сисиларинй кия арматура билан кундалзнг оркатураяаш зса ёриклар хосил булипг мустахкаылигини 1,75...2,2 трта, таянч кием мустщкамлигини сезиларли дарэхада опирали еа киркувчи куч остидзп» эгалипни 10...90$ камэй-шради. Киркия пролетиня ка-иайиси билан кия ёричлар хосил булиии ва констру{щия таянч киемдари мустахккмлиги оииб борадй. Уч катламли элементларнинг эгилиеи нйфацат эгалувчи момент остида, балки катга миэдорда киркуачи куч остида пз беради ш унинг шадори 20...10055 га етади. СНиП 2.03.01-84* кУ-5лан>-®сидаги эгиликга иолаЯдигаи эле-ментлар *исоС-китоби учун берилган яурсатшлар уч катламли конструкцияпар учун текпирилда ва синовлар. натижаекда олингвн мамутотлар асосида уларни хисоснрггоб килиш таклифлари тавсия этилди.

Диссертация рус тилида ёзилган.

annotation • to the abstract ol the thesis by NIGMANOV Z.li. "The lniluence oi diametrical relnlorcaent on cracking resistance, bending and strength three-ply deioraable elements with narakeeper iron polystyrenconcrete oi low strength"

The new type oi three-ply elements oi solid section, the Blddle bed oi Kiilch Is made oi polyatyrehconcrete with strength up to 0,5 KPa and external beds are made oi heavy-weight concrete with strength 15 KPa and higher for walls and other cast-ln-sltu constructions 01 buildings and Installations. Cracking resistance, strength and three-ply elements defamations are Investigated In beam constructions with dimensions 16x25x330 cm on Instantaneous concentrated load. The influence oi diametrical reinforcement and change oi span section on the construction work was studied. The construction in lace zone oi vertical dlaaetrlcal reinforcement reduces load at the loraatlon ol Inclined cracks ior 20SS, practically doesn't influence the carrier capability. and Increase bowing caused by diametrical forces. The most effective is the reiniorcement oi lace zone ol three-ply elements by inclined reinforcement: load at the formation oi inclined cracks increase by 1,75...2,2 times; the carrier capability on inclined section Increase greatly and bowings caused by diasetrical iorees decrease lor 10...90%. At the sharing span decreasing, loadings at the ionsation oi inclined cracks and Iallure Increase. Bowings oi three-ply elements are determined not only by ilexural strains, but to the great extent by sharing strain, constitute 20...190S ol main bowing Irom bending Boaent. Recommendations oi SNIP oi 2.03.01 - 84* about design strength, rigidity and cracking resistance oi bending three-ply elements were tested and adjusted. On tho basis oi experimental results the influences oi cross reiniorceaent on the installation' work proposals were made ior their estimation.

'Dissertation is written on russian language.

iln.inMcaHo » new« 2.05.94 . r. Copmr CyjiarB 60X847i« UcH«Tk («JicttiiB». OSmvi i ax. Tufa» iOO so. 3a«3

UrnfiatiiMu » TitiK>rpa$un TACII TaujKeiiT, y.i fl. Ka.iaca, 16-