автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние циклических нагружений на работу внецентренно-сжатых железобетонных элементов



А п 1П.ОПО"»Ф1ГО<ТГ13«Л ОиГПТГСГПЛ 14 ЛОТГТПЛСР'''' огтргтил ттх.илг^

ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

9 ИЮН 1995

ТАШКЕНТСК1Ш АРГ-З-ГГЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КАЛАКДАРОЕ КАРИМБОй

ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ НЛГРУЖЕНИЯ НА РАБОТУ ВНЕЦЕНТРЕННО-СЯЛТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 05. 23. 01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ

- 1995

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор 3. Ю. ЮСУПОВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. А. ЭШОНХОДЛАЕВ кандидат технических наук, доцент Ш. Р. НИЗОМОВ

Ведущая организации

Ташкентский институт пнзнг-неров железнодорожного транспорта (ТашИИТ)

Защита состоится ". /¿Г» ¿gJ&WJt 1ЭЭ5 г. в

í <Зо час с

на заседании специализированного совета К 067. 03,21 по прису денню ученой степени кандидата технических наук при Ташкентск архитектурно-строительном институте по адресу: . 700011 г. Та кент, ул. А.Навои, 13 (актовый зал).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библ отеке Ташкентского архитектурно-строительного института (TAC

Отзывы просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан "/¿Г.. 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета

к. т. н. , доцент

ХАМРАЕВ П. X.

ОБЕДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Б решении задач по дальнейшему развитию капитального строительства в Республике Узбекистан, важное место принадлежит дальнейшему совершенствованию методов расчета и проектирования бетонных и железобетонных конструкций. Зто, в свою очередь, требует дальнейшего совершенствования методов расчета конструкций с учетом специфических свойств железобетона и особенностей их работы в реальных условия:-:.

При эксплуатации многие железобетонные конструкции подвергаются воздействию повторных нагрузок одного или двух знаков, влияние которых на прочность, деформативность и трещиностойкссть изучено недостаточно. Повторно-переменные (циклические) нагруяения могут находиться в пределах эксплуатационных уровней или же превышать их.

Из-за отсутствия необходимого объёма достоверных опытных данных и обоснованны/ рекомендаций по расчету, в проектной практике используются невполке совершенные методы расчета, применение которых приводит в одних случаях, к перерасходу материалов и усложнению армирования, а в других, к недостаточной надежности проектируемых конструкций.

Объём экспериментальных исследований по оценке действительной работы внеценгренно-слитых, . железобетонных конструкций из обычного бетона в условиях воздействия кратковременных циклических 'нагруже-ний на настоящее время представляется недостаточным. Влияние циклических нагружений довольно скудно отражено и в действующих нормах. Е связи с этим чем возникает необходимость проведения дополнительных экспериментально-теоретических исследований в этой области.

Настояцря работа посвещена исследованию работы бетона и вне-центренно-сжатых-гибких железобетонных колонн при воздействии кратковременных циклических (знакопостоянных и знакопеременных) нагружений средних и высоких уровней.

Цель работьс экспериментально-теоретические исследования влияния кратковременных циклических режимов нагружения на прочностные и деформативные свойства бетона;

- экспериментальные исследования несущей способности, деформа-тивности и трещннсстойкости внецентренно-сжатых железобетонных колонн малой гибкости при кратковременных знакопостоянных и знакопе-

ременных циклических нагружениях средних и высоких уровней;

- разработка предложений по учету влияния циклических нагруж нпй на напряженно-деформированное состояние внецентренно-сжат гибких элементов железобетонных конструкций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- получены новые экспериментальные данные о прочности и дефо мативности бетона, а также теоретические зависимости для оцен названных параметров с учётом влияния характера нагружения и кол чества циклов;

- получены экспериментальные данные о напряжённо-деформирова ном состоянии внецентренно-сжатых гибких железобетонных элементо

- разработана оригинальная методика расчёта ширины раскрыт нормальных трещи при кратковременных циклических нагружениях;

- разработаны эффективные методики расчета жесткости и прогиб внецентренно-сжатых гибких железобетонных элементов с учетом хара тера циклических нагружений и количества циклов.

Практическое значение работы. Даны практические рекомендации разработаны методики расчета момента трещинооброзования, ширин раскрытия нормальных трещин, жёсткости и прогибов названных элеме тов с учётом характера циклических нагружений и количества циклов

Даны предложения по теоретической оценке прочностных и деформ тивных характеристик бетона, учитывающих влияние характера нагруж ния и количества циклов.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований внедре и используются в учебном процессе при чтении курса "Железобетонн конструкции" студентам СамГАСЙ специальностей ПГС, СХС и др.

Результаты экспериментальных исследований и теоретические мет ды оценки напряжённо-деформированного состояния внедрены в прои водстео на Самаркандском АО "Самарканджилстрой" и Производстве ном объединение строительных материалов N3 при совершенствован конструктивных решений железобетонных колонн серий КЭ49, К359.

Основные положения выносимые автором на защиту:

- результаты экспериментальны;;: исследований прочностных и д формативных свойств бетона при кратковременных циклических нагруж ниях;

- результаты экспериментальных исследований деформативности трещиностойкости внецентренно-сжатых гибких железобетонных коло

при кратковременных знакопеременных и знакопостоянных нагружениях;

- предложения по сценке несущей способности, трещиностойкости, ширины раскрытия трепцш и дефсрмативност (прогибов) внецентрен-но-сжатых гибких железобетонных элементов с учетом характеристик режима нагружений и количества циклов.

Аппробация работы Основные результаты проведенных исследований неоднократно докладывались и одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава им. СамГАСИ М. Улугбека в 1984... 1993 гг., на заседаниях научно-методического семинара кафедры ЖБиКК СамГАСИ и на всесоюзной научно-технической конференции "Работа железобетонных конструкций в условиях сухого и жаркого климата Средней Азии" в г.Ташкенте (ТашПИ в 1988 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 7 научных работ.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 157 наименовании и Приложения. Диссертационная работа изложена на 185 страницах, из них 138 страниц машинописного текста, содержит 17 таблиц, 30 рисунков.

Диссертационная работа выполнена в " Проблемной научно-исследовательской лаборатории" ( ПШЛ) при кафедре "Железобетонные' и каменные конструкции" Самаркандского государственного архитектурно-строительного института имени М. Улугбека (СамГАСИ).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены ее цель и задачи научная новизна, изложены основние положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе приводится систематизированный обзор-анализ экспериментальных и теоретических исследований, выполненных отечественными и зарубежными авторами, освещающих вопросы работы и методов оценки напряжённо-деформированного состояния внецеятренно-сжатых железобетонных и бетонных элементов при однократных и циклических нагружениях.

Исследования Р. Д. Аллабердиева, Б. А. Аскарова , Т. Ф. Гордеевой Ю. П. Гуши. А. Я Еарашикова, X К. Кулдашева. Э. К. Клеблеева, И. Ю. Ла ричевой, Л А. Мурашко, P. X Мирмухамедова, Я. М. Немировского, В. И. Осидзе и Е. Д. Надирадзе, Т. JL Чирвы, 3. Ю. Юсупова, А. А. Ходжаева Э.Хусанова и др. показали, что в процессе воздействия циклически нагрузок наблюдается изменение напряженно-деформированного состоя ния элементов железобетонных конструкций. Наблюдается снижение жес 'кости элемента и рост остаточных прогибов. Это явление после разгрузки приводит к остаточным напряжениям и образованию трепдан верхних волокнах сжатой зоны элементов. Трещины появляются пр меньших нагрузках, чем при однократном монотонном нагружении, а пр цесс трещннообразования происходит более интенсивно.

Наложенное Еыше свидетельствует о том, что циклические нагруэк

« «Terr*-*« ма fi^nrtnwiiTtftn« тт-^Л^»^« ПППФПП V*"*

n-Jnmiu-i net пшлрллюппи Дсц&ьлгшуиЬаппис LuLlO/ihric ЛЬлсdu

бетонных элементов. Однако, в подавляющем большинстве проведенны исследований, рассматриваются изгибаемые железобетонные элементы различным армированием. Практически не уделялось внимание вопроса прочности и трещпностойкости центрально- и внецентренно-сжаты железобетонных элементов при циклическом нагружении.

Во второй главе диссертации для реализации поставленных эада приводятся планирование эксперимента по математическим моделям объемы и содержания кратковременных испытаний бетонных образцо и внецентренно-сжатых железобетонных колонн по изучению влияни сложных режимов загружения на изменение прочностных и деформативны свойств бетона и напряжённо-деформированного состояния внецентренн сжатых железобетонных элементов (табл.1).

Для изготовления опытных образцов всех серий использова тяжёлый бетон естественного твердения класса В25, состав которог был подобран по результатам испытаний нескольких пробных замесов.

Был принят состав Ц: П: Щ=1:1,32:1,72 по массе при В/Ц=0,40 с следующим расходом составляющих на 1 куб. м.: песок крупность 2...2,5 мм Дкуминского карьера - 710 кг, портландцемент активность 40 МПа Навоийского завода - 540 кг, щебень гранитный крупностью д 20 мм Зерафшанского карьера - 930 кг, вода водопроводная - 220 л.

Опытные железобетонные колонны (рис. 1.) имели расчётную длин 1300 мм, поперечное сечение 150x200 мм, одинаковую гибкостьЛ = 6,5 и консоли. Колонны всех серий армировали стержнями 4</10 А С

6-6

8

1 5 1111

4

У

§

Ич

Рис.1.

'1Л

ь

МО

Л

Л- I I» (£ ' 1-,

¿Г»

ЗИ Л (Н-9)

у-ч

■4321

шоо

С

N

П-3

ц

/Ы

М-/ и-*

1111

+11Г-П

М2^

/

Р~С1

I

С

I

I >р.

дд - аоо

воо

Схема испытания и расстановка измерительных приборов

Объем и содержанке испытаний знеце.чтреннс-сжатых колонн при кратковременных циклических нагружениях

N | Серии л/п!образцу 1 1 1 Схемы эагружений (режимы) уровень нагрузок МЭКС. мин. :актернс" продол-хйтел^-ность цикла, мин. ГИКИ ЦИК. итктер- Еалы # мин.' наго, разго. У* 2 ' 1 чис- | Ц1:к- | лов 1 1

1. 9 3. 4. 5. ! б. ! 7. 1 ■ 5.

1 ! 1. | ККБ-1 | „ _ * Кратковременные испытания Определение насущей способности железобетонных колонн.

?. | ККТ?-П, к/п 1 '^и«. 0,5/0 60 30/30 12 Исследование влияния кратковременных циклических нагружений на прочность, деформатизность и трешшостойкость ннецентренно сжатых железобетонных колонн.

3. ]ККБ-0,8/0 0,8/0 60 30/30 12

Д. ¡ККЕ-П.8/0.4 0,8/0,4 60 30/30 12

0,9/0. 60 30/30 12

3. ККБ-0,5/-0,51 ^ 0.5/-0.5 60 30/30 12

ККБ-0,8/-0,8! , 0,8/-0,8 60 30/30 12

Процент армирования колонн в растянуто»! и сжатой зонах составил ^=1,001 7. . Диаметр и шаг поперечных стержней каркасов был выбран так, чтобы исключить появление наклонны;: трещин и разрешений образцов по наклонным сечениям от действия поперечной силы на всех стадиях испытаний.

В процессе кратковременных испытаний внецентренко-слсатых колонн нагрузка и разгрузка осуществлялась ступенями равными 0,1 от разрушающей. Еыдержка составляла по 8... 10 минут на каждой ступени, что позволило снимать отсчеты по приборам в начале и конце выдержки и замерять ширину раскрытия трещин. Максимальный уровень повторной нагрузки составил = 0,5; 0,8 и 0,9 N. Момент появления первых трещин в образцах определялся по показаниям тензорезисторов, наклеенных на бетоне и арматуре, и с помощью микроскопа ЮТ-А.

Показаниями индикаторов чаеоЕого типа с ценой деления 0,001 мм,

установленных на базе 400 мм, фиксировались средние деформации

кгзЛ'г-гкх аолокон слатсй зоны истока и растянутой армату, схемы ист*» ггт> <-ц т » »гт т« паллтл»ТАП1»п тжп» гч т»т п-*. тт» «г гт тл г» тт 1 Л

накопил ^ ^аьихалиог^ ¿юмс^тслипш. и^ниирии иу^осдспа па pA.ii«. А.

Прогибы колонн измерялись индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм в трёх точках по высоте колонны (см. рис.1). Разрушением образцов определялось влияние истории нагружения на несущую способность.

Результаты испытаний стандартных бетонных кубов и призм при однократных нагрузках в возрастах 7...60 сут с момента их изготовления показали, что прочностные и деформативные характеристики бетона соответствовали классу Б25 по СНиП 2.03.01.84. При этом фактические значения кубиковой, призменной прочности и модуля упругости бетона, а также прочности бетона на растяжение соответственно составили А>л=2б МПа, =22,5 Ша, Ег =2,86*10 МПа, ^=4,80 МПа.

Результаты циклических испытаний показали, что призменная прочность и модуль упругости бетона снижаются. Снижение призменной прочности бетона соответственно составляет: в сериях ПКЦ-0,5/0 -до 6Х, в сериях ПКЦ-0,8/0,4 - до 10% и в сериях ПКЦ-0,9/0 - до 14 7. по отношению к первому циклу или по сравнению с образцами серий ПК, испытанных однократной нагрузкой.

В то же время, начальный модуль упругости бетона существенно щественно снизился. Ееличина модуля упругости бетона снизилась в серий ПКЦ-0,5/0 на 8... 10%, в сериях ПКЦ-0,8/0 на 12. ..14%, в серии

ЛКП-0,8/0,4-10 на 122 и в сериях ПКЦ-0,9/0 -10 на 15 " по отношению к первому ипклу нагружен;^.

Елияаие режимов нагружения и продолжительности циклов на измене-

Вычисленные по формулам (1) и (2) значения £е и Е( удовлетворительно согласуются с опытными данными. Расхождение составляет не более е*. .

Умзкьйккя? сопротивляемости бетона, в свою очередь, характеризуется снижением его прочности и модуля упругости. При полных разгрузках возрастая?! внутренние напряжения з результате упругого восстановления деформаций заполнителей, что соответствует гораздо большему снижению призменной прочности и модуля упругости бетона при полных разгрузках, чем при частичных.

Третья глава посвящена исследованиям прочности, трещиностойкост и деформативности внецентренно-нагруженных железобетонных элементе

Полученные данные показывают, что увеличение высоты сжатой зоны при циклических нагрузках интенсивностью ^ = 0,5 (при полны; разгрузках) связано с расположенной в ней арматурой, которая, деформируясь упруго в диапазоне исследуемых напряжений, стремится занять первоначальное положение. Этому препятствуют волокна сжато! зоны бетона, у которых проявились неупругие деформации. В результате тчкего взаимодействия возникает остаточное напряженно-деформированное состояние. Растяжение в арматуре должно быть уравновешен! сжатием бетона у нейтральной оси, что, в свою очередь, вызывае' растяжение в верхних волокнах бетона сжатой зоны. Именно поэтому, результате взаимодействия растянутой и сжатой зон, в сечениях ко лонн при циклических нагружениях происходит увеличение высоты ежа той гоны.

Изменение деформаций бетона сжатой зоны колонн серии ККБ-0,5/0 при приложении повторно-переменных нагрузок одного уровня (о= 0,5

Ее - (Ec-o.0ta-a.t-y- о.оп-е-п у)1о. (2)

ПрЛ этом ПрОЯЗЛЯсТСл С увеЛИЧспИгM циклов, происходит рост

полных деформаций бетона сжатой зоны на 10...16 Z. Повторная нагрузка с последующей полной разгрузкой приводят к увеличению значений полных деформаций. Испытания образцов колонн показали, что в колоннах серий ККБ-0,8/0 и ККБ-0,8/0,4 средние деформации растянутой арматуры увеличились соответственно на 31 и 27 7. . Для колонн серии ККБ-0,9/0 не удалось зафиксировать величину средних деформаций вследствие усталостного разрушения образцов в конце второго цикла. В этот момент деформации бетона сжатой зоны составили, соответственно 35 и 23 Z, по отношению такозым на первом цикле нагруже-ния.

Особый интерес представляют результаты испытаний колонн серии ККБ-О,Б/-0,Б и ККБ-0,8/-0,8 на знакопеременную нагрузку. Полные деформации колонн серии ККБ-0,5/-0,5 в растянутой и сжатой зонах на последнем цикле, по сравнению с первым, увеличились на 13 %.. Эти изменения происходят, в основном, до 5... 7-го циклов, а затем процесс стабилизируется. Полные деформации растянутой и сжатой зон колонн серии ККБ-0,8/-D,8 на последнем цикле, по сравнению с первым циклом, увеличились в два раза.

Во всех сериях колонн, подвергнутых циклическому нагружению, первые трещины появились при относительном уровне нагрузки rj = 0,2...0,25, а ширина их раскрытия составила 0,010...0,015 мм. Дальнейшее увеличение нагрузки приводило к появлению новых и увеличению ширины раскрытия ранее образовавшихся трещин. Ширина раскрытия трещин в колоннах серии ККБ0.5/0, ККБ-0,8/0 и ККБ-0,8/0,4, испытанных нагрузкой одного знака на первом полуцикле составила 0,025; 0,125 и 0,120 мм, соответственно. Расстояние между трещинами составило 9-10 см, что близко к расстоянию между поперечными стержнями.

При знакопеременном нагружении образцов серии ККБ-0,5/-0,5, ККБ-0,8/-0,8 ширина раскрытия трещин в колоннах на первом полуцикле составила 0,067 и 0,130 мм.

Ширина раскрытия трещин к концу испытаний колонн серий ККБ-0,5/0 составила 0,048 мм.

В колоннах серии ККБ-0,8/0 и ККБ-0,8/0,4 увеличение ширины раскрытия трещин происходит более интенсивно,чем в образцах серии ККБ-0,5/0. Ширина раскрытия трещин к 12 циклу составила 0,23 и 0,167 мм, соответственно. Это б 1,5. ..2 раза больше по сравнению с соответствующей на первом цикле

нагруженпя.

Несколько иначе происходило изменение ширины раскрытия трещин в колоннах серии ККЕ-0,5/-0,5 и ККБ-О,8/-0,8. Ширина раскрытия трешцн 'к 12-му циклу составила 0,143 и 0,33 мм, что больше в 2. ..2,5 раза по сравнению с первым циклом при положительном знаке эагружения. При обратном знаке эагружения эти величины составили к 12-му циклу 0,11 и 0,383 мм, что в 2. ..2,5 раза больше ширины раскрытия трещин на 1-м цикле.

Следует отметить, что на увеличение ширины раскрытия трещин и на условия их закрытия оказывает влияние целая гамма факторов, которые могут накладываться друг на друга. Одним из основных факторов является нарушение сцепление арматуры с бетоном и изменение высоты сжатой зоны бетона при циклических нагрузках-разгрузках.

Полные прогибы колонн всех серий в конце 12-го цикла по отношению к первому полуциклу увеличились : для колонн серии ККБ-0,5/0 - в 1,5 раза, для серии ККБ-О,8/0 - в 1,4 раза, для серии ККБ-О,5/-0.5 - в 1,56 раза, для серии ККБ-О,8/-0,8 - в 2,2 раза.

Установлено также, что при действии кратковременных циклических нагрузок происходит существенное изменение параметров ^} , ^ и | , влияющих на величину жесткости и кривизну внецентренно-сжатых железобетонных элементов.

В четвертой главе проведен анализ экспериментальних и теоретических результатов, выполнено их сопостовление.

Несущую способность внецентренно-сжатых элементов с учетом влияния циклических нагружений допустимо определять по методике СНиП 2. 03-01, используя фактические изменения прочностных и дефор-мативных свойств бетона.

Процесс образования трещин и характер их развития во внецентренно-сжатых железобетонных элементах происходит так же, как в изгибаемых элементах. Вид и прочность бетона на характер образования трещин,влияния не оказывает. Определяющими факторами являются процент армирования, вид арматуры, а также усадка бетона.

Для сечений со сжатой арматурой эпюра напряжений от усадки изменяется в пределах высоты сечения по линейному закону. Поэтом} (при наличии усадки), бетон работает как в сжатой, так и е растянутой зонах. Момент трещинообразования с учетом усадки бетона определяется по формуле.

- 1 -1 -А -1

Мспг - [<5- A. (s,-r.) _ <;'. A's ) J (3)

где Wrt - момент сопротивления прямоугольного сечения с

( гнетом неупругих деформаций растянутого бетона; Д,w ^ - плоцрдь поперечного сечения растянутой и сжатой арматуры;

У,м ys - расстояния от центра тяжести приведенного сечения ^ до центра тяжести растянутой и сжатой арматуры; Gl и (ij - напряжения в растянутой и сжатой арматуре; г, и е,' - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней и нижней ядровой точки. Вычисленные теоретические значения момента трещинсоброзования с учетом влияния усадки бетона удовлетворительно согласуются с опытными. Соотношение опытных и теоретических моментов появления трепцга находится в диапазоне 0,86. ..0,92. Превышение расчетных значений Men над опытными в среднем составило 10... 15 % .

Результаты проведенных исследований указывают на необходимость принимать коэффициент , учитывающий влияние характера действующей нагрузки на ширину раскрытия трещин, в пределах L i £ 2.5 (при отношении внешнего момента к моменту образования трещин более 1, или i 4 С/с/с /сГсга * 2, S ).

С учётом изложенного выше, полную ширину раскрытия трещин при кратковременных повторно-переменных (циклических) нагружениях предлагается определять по формулам:

/S/

CCcrc- OLcrc ( I + JC'O.L ) j (4)

где CUn- ширина раскрытия трещин при первом нагружении до заданного уровня, которая находится по известной формуле СНиП 2.03.01-84

ССспг (j.S-roojujVd1 J (5)

где jcrc.i ~ приращение ширины раскрытия трещин, вызванное повторным приложением нагрузки. - при знакопостоянном (однозначном) нагружении при O.Si^iO.S

усе - и - чГГ^ ) а Л ; (6)

- ."г-" спйКСчТгретгКпС-ы (дзуэнзчком) кзгружекпп при±о.5< + 0.8 ¿с™, = (/- г -ч1)<ё ¿я-п. (7)

В формулах (б) и(7),аиГ опытные параметры. В результате обработки опытных данных рекомендуются следующие значения коэффициентов: а =0,57 , £ =0,55 12 - количество циклов. Предложенный способ определения ширины раскрытия трещин при кратковременных циклических нагрузках удовлетворительно согласуется с опытными данными. Расхождение составляет не более 13£ .

Как показали опытные данные, зачение коэффициента ^ (в Д11а" пазоке нагрузки 0.5*, о.э ) к концу циклических нагружений уменьшились. Коэффициент принимал значения ^ =0,69... 0,93 (СНиП 2.03.01 84 рекомендует ^ = 1).

Следует отметить, что согласно СНиП 2.01.03-84 определение деформаций бетона и арматуры производится исходя из условной схеш распределения напряжений в сечении с трещиной. Поэтому указанны« параметры содержат поправки, учитывающее несовершенство принята схемы напряденного состояния в сечении с трещиной.

Следовательно, обоснованный учёт изменения этих факторов позволяет получить достоверные результаты при расчете по второй трутго предельных состояний внецёнтренно-сжатых и других железобетонны элементов.

Значение коэффициента рекомендуется определять с учётом влияния уровней нагрузки и количества циклов по формуле

> - < г

.2 . .ЛЛ^Ь-г-Ю

^ = к (о.о1 • сг.у-

А/ (е - г)

где и $ - коэффициенты, учитивающие изменение упругих и остоточн деформации растянутой зоны, соответственно:

<зС~ 0.51 Л О.Ов^-п j (9)

(214.33Ч ~ Ур

(Ю)

Аь - площадь сечения арматуры растянутой гоны, кв. мм. Еь - модуль упругости арматуры, МПа; 2 - плечо внутренней пары сил, определяется согласно СНиП 2.03.01- и»** ) Мг»11 - эксцентриситет - расстояние от точки приложения силы до центра тяжести растянутой арматуры, определяется согласно СНиП 2.03.01-34, мм; № - опытная продольная сила, кН;

Аг - коэффициент, зависящий от знака действующей нагрузки, при знакопостоянных режимах загружения к = 1, при знакопеременных режимах нагружения к= 1,15. Теоретические значения коэффициента , вычисленные по формуле (3), удовлетворительно согласуются с опытными значениями, что вполне допустимо для практических расчётов.

Как известно, СНиП 2. 03.01-84 рекомендует значения коэффициента принимать равными ^ = 0,9. Однако , обработка полученных данных показала, что коэффициент ^ при средних и высоких уровнях циклических нагрузок заметно снижается. Его величина (при стабилизации показателей) изменяется в пределах ^ = 0,69...0,85. Таким образом, значение коэффициента ^ при циклических нагрузках рекомендуется

определять по формуле

^ к (Ш

где <*"'и у'- коэффициенты, учитизаюущке изменение упругих и остоточ-ных деформаций сжатой зоны, соответственно выражаются:

оС' = очи + О.ОС1Э п 1 (12)

^ (з л? ег-у - 85.а) У^1 i (13)

/V

. ^ - коэффициент упругости бетона сжатой зоны, - вычисляется по формуле (14). Для определения зависимости, устанавливающей величину коэффициента упругости бетона 3 , была выполнена серия расчетов. При этом,

варьируя отношениями в пределах ^ = 0,3. ..0,9, вычислялись значения к_л-ччп:_;некта^ля принятого ^етона. Значения коэффициента изменялись в предела:-: ^=ол..о..з. Для теоретических расчетов значение коэффициента 9 при циклических нагрузках предлагается определять по выражению:

% ^ 0.45-0.25 (Ц*- - 0.3 ) .

(14)

Сопоставление результатов вычислений по формуле (14) показалс незначительные расхождения (4. . .9 X) с опытными данными, что вполне допустимо для практических расчетов.

- Относительная высота сжатой зоны бетона t- , определяемая согласно указаниям СНиП 2.03. 01-84, принимается не Солее 1.0. Анали: опытных данных показал, что ее значения по сравнению с первоначальными возрастают (в среднем, до 20 и составляют ^ = 0,50 ... 0,5i При этом

''V

(15)

^ Sim Ss/rt

где ё<гф - средние относительные деформации бетона сжатой зоны, определяемые по формуле

ввтт К (o.oi-«Г-У-+ у') Ю J (16;,

л/

£sm - средние относительные деформации арматуры растянутой эо определяемые по формуле

/ £ 1-tlUl —J-31 \ -s

6S„=K[0M«//-J5-+ Г)4о. (17)

А/ ^ «-v

Тагам образом, с учетом уточненных параметров Ф, , ф , jp , а также модуля упругости Et бетона,, кривизну оси и жесткост внецентренно-сжатых железобетонных элементов при циклических наГру жениях рекомендуется"определять по формулам, аналогичным соответс твующим выражениям СНиП 2. 03. 01-84:

* 4 - '

Ш Л-ГЗ, г< 1

h*' A,

_/г,- г_

в= А. У. (1Я

где М - изгибающий момент, возникающий от внешних сил; M*/Y(z+ff), ^ -вертикальное сжмающее усилие; - эксцентриситет: - вы-

гиб от действия внешней нагрузки; г , tft, Aj и Е4 , - параметры определяемые по СНиП 2.03.01-84, а значения параметров <ps» , 9 , f , определяется согласно формулам (8), (11), (14), (15), соответственно.

Теоретические значения кривизн и жесткостей, вычисленные по формулам (18) и (19) с учётом характера нагружения и количества циклов при циклических нагружениях, удовлетворительно согласуются с опытными данными. Расхождение составляет не более 10 X.

Задача определения прогибов гибких внецентренно-нагруженных железобетонных колонн с учетом характера циклического воздействия (количества циклов и их продолжительности) является наиболее важной задачей расчета таких конструкций, поскольку величина разрушающего усилия связана непосредственно с прогибом в наиболее опасном сечении.

Полный прогиб внецентренно-сжатых колонн при кратковременных повторно-переменных (циклических) нагружениях рекомендуется определять в зависимости от схемы загружения по формуле СНиП 2. 03.01-84

/V

(-jr)

е.

(20)

Здесь - коэффициент, характеризующий форму эпюры кривизны при данной величине напряжений в арматуре, определяется по эмпирической формуле

^ ЧооО (О.а ч-Б^) (о.з + ы)

где (— 1 - кривизна оси, определяется по формуле (18);

Х^С/к ~ приведенная гибкость колонн; ^ г в„IН - относительная величина начального эксцентрицитета;

= относительная величина защитного слоя бето-

на у растянутой арматуры;

Сэ^ - напряжения в растянутой арматуре, МПа.

Предложенная методика дает вполне удовлетворительные результаты. Ееличина расхождения с данными -экспериментов не превышает 13

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Исследования бетона при действии кратковременных циклических нагрузок средней и высокой интенсивности позволили выявить качественно новые характерные свойства бетона в зависимости от уровня и характера нзгружений и количества циклов:

- установлено, что при кратковременных циклических нагрузках призменная прочность и модуль упругости бетона заметно снижаются; снижение приэменной прочности при полных разгрузках с уровнями ^ = 0,5/0, ^ =0,8/0 и ^ =0,9/0 составило соответственно, 8 , 10 и 141,' а при частичных разгрузках с уровнями 0,8/0,4 - 10£; в то же время, снижение начального модуля упругости Сетона соответственно составило 10 , 14 , 15%, а при частичных разгрузках - до 12% ;

- в условиях кратковременных циклических нагрузках, при напряжениях о.& ^с получено увеличение как полных так и остаточных деформаций соответственно в 1,6 и 3,5 раза, а при уровне напряжений = о.Э - в 1,6 и 4,66 раза.

2. Значения приэменной прочности и модуля упругости Ве бетона при кратковременных циклических нагрузках рекомендуется определять по формулам (1) и (2) в зависимости от характера и количества циклов.

3. При кратковременных циклических нагрузках происходит увеличение полных деформаций бетона и арматуры в среднем до 25... 30% при однозначных режимах. Накопление деформаций в сжатом бетоне и растянутой арматуре, в основном, зависит от уровней и характера загружена, а также от количества циклов. Процесс деформирования при условии о*заканчивается, как правило после 6... 7 циклов.

_ Л 1 _ 1 '

4. Установление), что кратковременные циклические нагрузки способствуют увеличению относительной высоты сжатой зоны бетона в среднем до 15... 207. по отношению к первому циклу нагружений.

5. Момент трепданообразования внецентренно-сжатых элементов рекомендуется определять по формуле (3) с учётом начальных напряжений, вызванных усадкой бетона.

6. Несущая способность внецентренно сжатых элементов при кратковременных циклических нагрузках заметно снижается, причём величина снижения при однократных знакопостоянных нагрузках не превышает 157., а при знакопеременных нагрузках - 23Z .

7. Кратковременные циклические нагруэки вызывают значительный рост ширины раскрытия трещин. При однозначных нагружениях ширина раскрытия трещин увеличилась в среднем в 1,5. ..2 раза по отношению к первому циклу нагружения. Величину ширины раскрытия трещин рекомендуется определять по формуле (4).

8. При при действии кратковременных циклических нагрузок происходит существенное изменение параметров влияющих на величину жёсткости и кривизны сечений внецентренно-сжатых элементов. При этом установлено следующее: w

- значение коэффициента ^ снижается до 0,71...0,98, величину которого предлагается уточнять по формуле (8);

- значение коэффициента <f{ снижается до 0,69. ..0,85, величину которого предлагается уточнять по формуле (11);

- коэффициент ^ уменшился до 0,3; его величину рекомендуется определять по формуле (14).

9. При действии кратковременных однозначных и знакопеременных циклических нагрузок, получено дополнительное увеличение кривизны осей в 1,5 раза и снижение жёсткостей в среднем до 25%, по отношению к таковым для первого цикла нагружений.

10. Кривизну оси и жёсткость сечений внецентренно сжатых железобетонных элементов при циклических нагрузках с учётом изменения коэффициентов и модуля упругости бетона Ев предлагается определять по формулам (18) и (19).

И. Полный прогиб (переменный) внецентренно-сжатых элементов рекомендуется определять с учётом приращения прогибов (в результате неблагоприятного влияния циклических нагружений) по формуле (20).

- л с _

Основное содержание диссертации опубликовало в слудушцих работах:

1. Юсв 3. Ю., Каландаров К. Несущая способность внецентренно' сжатых колонн при кратковременных переменных и знакопеременных нагрузках // Геодезическое обеспечение строительства / Сб. научн. трудов ТашПИ. - Ташкент: ТашПИ, 1934. - С. 57-64

2. Юсупов 3. Ю., Каландаров К Прочность внецентренно-сжатых колонн при кратковременных малоцикловых нагружениях. // Геодезическое обеспечение строительства. / Сб. научн.трудов ТашПИ.- Ташкент, ТашПИ 1954.- С. 70-75.

3. Прочность и деформатиЕные свойства бетонов заводского изготовления при кратковременных малоцикловых нагрузках / 3. Ю. Юсупов, А. Р. Икрамов, И. Б. Имомов, К. Каландаров // В кн.: "Новые исследования в областях, бетонных и железобетонных конструкций"/ Сб. науч. трудов - Ташкент: 1935.- С. - 61.

4. Юсупов 3. Ю., Каландаров К. Исследование прогибов внецентренно-сжатых элементов при кратковременных малоцикловых нагрузках // В кн.: "Новые исследования в областях, бетонных и железобетонных конструкций" / Сб. науч. трудов. Ташкент: 1935. - С. 80... 86.

. 5. Каландаров К, . Каримов Э. Несущая способность трещиностой-.кость и. деформативность внецентренно сжатых железобетонных элементов при кратковременных малоцикловых нагрузках / Тезисы докладов П городской научно-теоретической конференции молодых ученых специалистов (25-27 мая 1990 г.) - С. 82.

6. Кулдашев X., Каландаров К. Изменение коэффициентов ^, ^ .^ и ^ в железобетонных элементах при малоцикловых нагрузках. // В кн.: "Расчет и проектирование строительных конструкций с применением ЕС ЭВМ"/ Сб. научных трудов. - Ташкент: 1987.- С. 18... 23.

7. Юсупов 3. Ю., Каландаров К. Исследование внецентренно-сжатых железобетонных элементов при кратковременных малоцикловых нагружениях / Тезисы докладов СамГАСЕ - Самарканд: Б. И. 1987 С. 64.

_ Л П -1 г*

ДАВРИИ ЮКЛАШШАРНИНГ НОМАРКАЗИЙ СИКИЛГАН ТЕМИР-БЕТОН ЭЛЕМЕНТЛАРИНИНГ ИШТАЛШГА ТАЪСИРИ АННОТАЦИЯ

Куп холларда темпр-Сетоп курилмалар эксплуатация г-пликиш жара-енида такрорий киска вакт юкланишлар таъсирида ишлайди.

Муаллиф томонидан бажарилган иш бетон ва номарказий юкланган эгилувчан темир-бетон устунларнинг киска вакт урта ва юкори сатхда юкланишлар (йуналишини узгартирадиган ва узгартирмайдиган) таъсиридан ишлашини гадкик этишга багишланган.

Диссертацияда Сажарилган ишлардан максад ва масалалар куйидаги-лардан иборзг:

-киска вакт даврий режимда юкланишнинг бетонинг мустахкамлмк ва деформацияланиш хоссаларига таъсирини талриба асосида ва назарий тадкик этиш.

-йуналишини узгартирадиган ва узгартирмайдиган киска вактдаги даврий уР'Та ва юкори сатхдаги вкланишларнинг номарказий скилган кам эгилувчан темир-бетон устунлар юк кутариш кобулияти, деформацияла-'ниши ва ерикбардошлигини тажриба асосида тадкик этиш:

- номарказий скиладиган темир-бетон курилмаларининг кучла-ниш-деформацияланиш халотига даврий юкланишнинг таъсирини хисобга олувчи тавсиялар ишлаб чикиш:

Тадкикот натижалари асосида - куйилган максадга зришиш учук куйидаги масалалар ечилди:

- бир марта даврий киска вактТскланиш таъсиридан бетон -мустах-камлиги ва деформацияланишини тадкик этиш:

- даврий киска вакт юкланишдан номарказий сикилган темир-бетон элементларининг мустахкамлиги, ерикбардошлиги (ериклар очилиши) ва деформацияланишини тажриба асосида тадкик этиш:

- киска муддатли даврий юкланишларнинг номарказий сикилган темир -бетон элементларига таъсирини эътиборга олиб хисоблаш буйича так-лифлар ишлаб чикиш.

1'1шнинг илш1й янгилиги куйидагилардан иборат:

- бетон мустахкамлиги ва деформацияланиши буйича тажрибавий маълумотлар хамда бу параметрларга юклаш характери ва давр сонининг таъсирини бахолаш учун назарий богланишлар олинди:

- даврий юкланишлзрдан темир-бетон элементларининг деформацияланиши (салкилиги), ерикбардошлиги ва ерик очилиши кенглигининг уз-гарпш конунлари аникланди:

- номарказий сиклладигзн эгилувчан темир-бетон элементларнинг кучлании-деформацияланиши буйича тажрибавий маълумотлар олинди:

- киска муддали даврий юкланишда нормал ерикларнинг очилиш кенглиги.бикрлпги ва салкилпгпнл хисоблаш услуби ишлаб чикилди.

- or. -

THE IMFLUEÎÎCE OF LOAD CYCLES CM THE BEHAVIOUR OF ECCEMTRIC-COMPRESSED REINFORCED CONCRETE STRUCTURES

ANNOTATION

Reinforced concrete structures in the process of operation ar very often subjected to the influence of repeated short durâtic loads. The present,, thesis is devoted to the investigation o concrete behaviour and eccentric - compressed long reinforce concrete columns under the influence of short duration load cycle (fixed and alternating) of medium and high levels.

The aim and the tasks of the thesis are as follows:

- experimental-theoretical investigations of the influence o short duration cyclic load regimes on the mechanical strengt characteristics of concrete and its property of deformability;

- experimental investigations of the strain capacity an resistance to cracking of eccentric-compessed reinforced concret columns of a small flexibility under short duration of fixed an alternating load cycles of medium and high levels;

- working out of suggestions, taking into account the influenc of load cycles on the stress-strain state of eccentric-compresse flexible reinforced concrete structures.

Scientific novelty of the'work is in the following:

- experimental data of the strength and deformability o concrete and also theoretical dependences for the estimat ion of th given parameters have been obtained with regard for the influenc of load character and quantities of cycles;

- a method of calculation of the width of opening of ordinar crackings under short duration of load cycles has been worked out

- methods of calculation of rigid and deflections of eccentri -compressed flexible reinforced concrete elements have been worke out with regard for the character of load cycling and quantities c cycles.