автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Возведение массивных конструкций в железобетонной опалубке

Киевский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт

На правах рукописи

ВОЗВЕДЕНИЕ МАССИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОПАЛУБКЕ

Специальность 05.23.08 - Технология и

организация промышленного и гражданского строительства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киез - 1991

Работа выполнена в Харьковском инкензрно-строительном институте.

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор .,

ШВИДЕШО В.И."

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ТОРКАТШ В.И. - кандидат технических наук, профессор).. ЩШШО Ю.А.

Ведущая организация - Территориальное строительное

объединение "Харьковстрой"

Защита состоится "\5" МАЯ _1991 г. lía заседании сп< циализированного совета К 068.05.12 - "Технология й организаци: промышленного и гравданского строительства"при Киевском инжене строительном институте по адресу: 252037, Киев-37, Воздухофлот ский проспект, 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского инженерно-строительного института.

Автореферат разослан " ¿ Н " & И 1991 р.

Ученый секретарь

специализированного совета

Н.А.ШЕВЕК

СИНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальноете работы, важными задачами возведения конструкций монолитном железобетоне является снижение продолжительности рд-эг, их трудоемкости и стоимости. В этой связи особую актуаль-эстб- приоб'ретает совершенствование технологии и организации про-зводства опалубочных работ, особенно, если иметь в виду, что увенчивающиеся объемы применения монолитного бетона и железобетона, охранят значение этой проблемы и на будущее.

Структура использования монолитного бетона и железобетона в ССР' показывает, что более 60 % их объема приходится на возведение онструкций в промышленном строительстве.

для повышения эффективности возведения массивных конструкций сжатые сроки, сокращения затрат ручного труда и расхода материа-ов, прежде всего стали и пиломатериалов, необходимо не только со-ершенетвование существующих конструкций опалубок, но и разрэбот-и новых эффективных решений. Одним из возможных направлений реше-ия этой задачи является применение железобетонной снимаемой и не-нимаемой опалубки, применение снимаемой опалубки позволяет возводить конструкции в стесненных условиях, где применение других инструкций опалубки невозможно,

для повышения степени надежности применения железобетонной не-¡нимаемой опалубки, необходимо обеспечить требуемую прочность ¡цепления бетона с опалубкой, применяемые в настоящее время способы обеспечения прочности сцепления бетона с опалубкой состоящие ) использовании повышенных марок цемента и марок бетона, характеризуется повышенным расходом цемента, более высокой трудоемкостью л стоимостью работ. С другой стороны, недостаточная изученность влияния активных химических и минеральных добавок на прочность ;це пленив бетона с опалубкой, организационные и технологические

параметры возведения конструкций позволили выбрать тему диссертации, сформулировать цель и задачи исследований.

целью работы является совершенствование технологии возведения массивных конструкций в железобетонной опалубке, обеспечивающей повышение качества работ, снижения продолжительности, трудоемкости и стоимости возведения конструкций.

Лля достижения этой цели в диссертации поставлены следующие задачи:

- исследовать влияние минеральных и химических добавок в бетоне на прочность сцепление с железобетонной опалубкой при различных способах подготовки поверхности опалубки;

- установить характер распределения касательных и нормальных напряжений в зоне контакта опалубки с бетоном;

- разработать эффективные конструкции железобетонной опалубки и организационно-технологические параметры возведения конструкций с ее использованием;

- разработать методику выбора оптимального вида опалубки в зависимости от объемов возводимых конструкций с учетом рсобеннос-тей конструкции снимаемой и неснимаемой опалубки.

методы исследования. Для решения задач совместной работы железобетонной неснимаемой опалубки с бетоном конструкции в работе использован математический метод конечных элементов, а для обработки экспериментальных данных метод наименьших квадратов.

Эксперименты выполнялись в лабораторных условиях, для их проведения использовались бетонные смеси различных составов подвижности и различные методы подготовки активной поверхности опалубки к бетонированию.

решение задач выбора оптимальных решений выполнено с применением. ЭВМ.

Научная новизна диссертации заключается:

- в изучении влияния активных химических и минеральных добавок в бетоне на прочность сцепления с железобетонной неснимаемой опа-нубкой;

- в разработке математического аппарата для выявления величины прочности сцепления зля разных способов подготовки поверхности эпалубки к бетонированию;

- в установлении закономерности распределения нормальных и ка-затешвных напряжений в зоне контакта, характеризующих прочность зцепления опалубки с бетоном при разных высотах сечения и вариантах загружения конструкции неснимаемой опалубки;

- в разработке снимаемой и неснимаемой железобетонной опалубки я технологии возведения массивных конструкций.

На защиту выносятся

- исследование зависимости изменения прочности сцепления контакта опалубки и бетона с минеральными и химическими добавками во времени;

- способ, увеличивающий прочность сцепления бетона с опалубкой;

- методика определения характера подготовки поверхности неснимаемой опалубки к бетонированию;

- решения снимаемой и неснимаемой железобетонной опалубки и технология вэзведения в этой опалубке массивных конструкций;

- методика выбора оптимальной конструкции опалубки в зависимости от объемов работ;

- графические зависимости продолжительности, трудоемкости и стоимости возведения железобетонных конструкций в различных видах опалубки.

Практическая ценность работы заключается в снижении расхода цемента, продолжительности, трудоемкости и стоимости работ за счет введения добавок в бетонную смесь и применения новых решений железобетонной опалубки для возведения конструкций.

On роба ци я работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на научно-технических конфзренци-ях Харьковского инженерно-строительного института в 1989, 1990 и 1991 гг.

Публикации, результаты исследований опубликованы в 2 печатных трудах и получено положительное решение на изобретение.

Объем работы, диссертация состоит из введения, 5 глав и общих выводов, содержит также список использованной литературы из наименований и приложения.

Содержание работы изложено на 155' страницах и включает m ри-сункой, 23 таблицы и ц страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

На основании анализа применения монолитного бетона и железобетона установлено, что трудоемкость опалубочных работ остается достаточно высокой и составляет до ад % общих затрат труда по возведению монолитных железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений, рассмотрены различные конструкции и область применения железобетонной опалубки.

Совершенствованию конструкции железобетонной опалубки и технологии возведения монолитных конструкций с ее применением посвящены труды ученых и специалистов: Аргольда A.B., Воронкова Р.в., Белецкого Б.И., Ермолова В.В., мацкевича А.Ф., манукяна А.Р., Петрова Г.2 Прохоркина С.Ф., Топчия В.А.. Рабиновича Ф.Н., Руффеля A.C., Швиденко в.И., панарина С.Н., Котляра н.И. и др.

Важное значение в работах придается изучению адгезионных связей железобетонной опалубки для создания равнопрочности контакта сцепления опалубки с бетоном конструкции.

для увеличения прочности сцепления в последнее время в техноло-

гии монолитного бетона и железобетона все более широкое применение находят активная и минеральная добавка - мыли газоотчистки производства ферросилиция (11ГПФ) и химическая пластид цирующая добавка (ХДСТС-БЬ )• В работе исследован характер их влияния на адгезионные связи опалубки и бетона, определено нормальное и тангенциальное сцепления бетона с опалубкой при различных способах подготовки активной поверхности опалубки, в том числе при ббработке поверхности опалубки перед бетонированием эпоксидным клеем.

Выявлен характер изменения во времени прочности сцепления опалубки и бетона при срезе (рис.1, 2) и растяжении (рис.з, 4).

Полученные результаты и анализ испытаний показывают, что химические (ХДСК-$Ь ) и минеральные (ПГПФ) добавки введенные в бетонную смесь обладают высокими адгезионными свойствами, разрушение образцов призм и воовмерок происходит по сечению самой опалубки. Применение же эпоксидной смолы для обработки поверхности опалубки обеспечивает прочность равную прочности бетона, образцы', изготовленные из бетона без добавок, характеризуются незначительной адгезионной прочностью, разрушение происходит по контактному слою бетона конструкции и поверхности неснимаемой опалубки.

установлены величины прочности сцепления для различных способов подготовки поверхности опалубки к бетонированию, при растяжении и срезе от параметров времени, разрушающего усилия, а также от совместного их влияния на основании данных экспериментов получены следующие математические зависимости: а) От параметра времени t : для шероховатой поверхности

< ---0.000525{* + О.ОШЫг + О.ООб7Ь + I 077, Ч1-Ю-Ч3-0.00381{2 + ОЛ17И -0.0383

для гладкой поверхности

<£ = О.ООООЧб^-О.ООШ* + 0.1681 +0,406, С' = О.ООЫ621*-О.ООЯН* + 0.т-£ -0,254

X

ш

с

•3.0

'20

-О с;

о §*

X ш и X о

ь

о_ , ——--~ ' о

о — < ГЦШ__—4

с: ... 4 6

Г

Бозрлст БЕТОНА, су г

Рис. х Зависимость влиния возраста бетона с добавками на прочность сцепления при срезе железобетонной не-снимаемой опалубки: I - при гладкой поверхности опалубки; 2 - при шероховатой поверхности опалубки.

40

^мПсЗ

см

0 —--0

« а/ о

// ( 0

£ ш

■з

О

.о *

о

гг

X

о

ь

Рис. 2

Возраст

28

БЕТОНА, СУТ-

Зависимость влияния возраста бетона с добавками на прочность сцепления при срезе для железобетонной опалубки с активной поверхностью покрытой эпоксидным клеем: I - при гладкой поверхности; 2 - при шероховатой поверхности.

Рис. 3 Зависимость влияния возраста бетона с добавками

на прочность сцепления при растяжении: 1 - железобетонной опалубки, изготовленной из бетона класса 315; 2 - то же, из бетонг класса В20; 3 - то же, из бетона класса В25.

Рис. 4 Зависимость влияния возраста бетона с добавками на прочность сцепления при растяжении для опалубки, с активной поверхностью покрытой эпоксидном клеем: I - железобетонная опалубка,изготовленная из бетона BI5; 2 - то же, из бетона класса В20

для гладкой поверхности, покрываемой перед бетонированием эпоксидным клеем

4 ^ 0.000006¿3 -0.002Н2 + 0.1331 +0.601 & --О.00ОО53{3-0.00Шг + 0А07П + О.ЦЧ

для шероховатой поверхности, покрываемой перед бетонированием эпоксидным клеем

я! 0.000051{3- О. ООЧбР +0,17?{ +1,05? <о = О. ООО26{3 - 0.0131* +0.2271 - 0.065

б) от параметра разрушающего усилия : для шероховатой поверхности

<£=-2.5 +5.377

С = 1.Ю~6Г * ¿09?

для гладкой поверхности

£ -- -Б-Ч-Ю*Г + 5.603 6* = З.Ъ-Ю^Г -0.725

в) от совместного влияния параметра времени и разрушающего усилия

для шероховатой поверхности

=2- Ю'7Р + 0.63Ч)/1Г

СГ - -зло'7 г + 0.2Ч1/Т

для гладкой поверхности

т = * о.чбя\гг*

& = по'* Г + о.гз2\/1Г

для гладкой поверхности, покрываемой перед бетонированием эпоксидным клеем

п? = Í.3 W'6 Г * О.ЧЧЯ^/Г4

i

<3? - в ы'7г * о.т/т

для шероховатой поверхности, покрываемой перед бетонированием эпоксидным клеем

Ш -- 2.9 ■10'¿F+ 5. Шi/f

& = i.z-io'T +о.П)/Г"7"

В целях изучения степени участия железобетонной неснимаемой опалубки во время эксплуатации сооружений, проведены на ЭВМ численные исследования совместной работы неснимаемой опалубки с бетоном, в том числе была решена трехмерная пространственная задача методом конечных элементов в виде системы линейных алгебраических уравнений .

Задача по изучении контактных напряжений решалась на примере массивной колонны промышленного здания в соответствии с paccMoiv ренными вариантами ее загружения (рис.5).

Линейные уравнения, на основании которых выполнялся расчет по изучению совместной работы,* получены в предположении следующих граничных условий: обеспечено защемление по граням АВ и ВС отсутствуют перемещения на грани BF и AF относительно оси X

и У •

В результате расчета получены численные значения касательных 'tyz • rf-xz • rf-xy ' и нормальных G^x , и (Ггг

напряжений для всех конечных элементов.

Установлено, что совместная работа опалубки с бетоном представляет собой сложный вид взаимодействия касательных и нормальных напряжений, зависящих от значений .т.е. высоты сечения конеч-

Рис.о Варианты загружения колонны: I - при отсутствии

нагрузки на опалубку; 2 - при действии нагрузки по всему сечению конструкции и неснимаемой опалубки

ного элемента, причем, максимальные значения всех напряжений,получены на высоте сечения конечного элемента Ь = 9.75 м.

Полученные результаты позволяют определить характер распределения нормальных и касательных напряжений в зоне контакта бетона с опа лубкой.-на основании этих результатов подбирается способ'подготовки палубы к бетонированию или количество анкерующих устройств.

С целью совершенствования возведения массивных стен разработана технология и конструкция железобетонной снимаемой опалубки, покрытой полиэтиленовой или резиновой пленкой. Для повышения эффективности опалубки, перед ее установкой на последней захватке, от плиты опалубки отделяют пленку, опалубка снабжается анкерами и используется как неснимаемая, т.е. входит в состав возводимой конструкции и участвует в последующей ее работе.

разработана конструкция железобетонной неснимаемой блочной эпалубки с рабочей арматурой я технология возведения фундамента я колонн промышленных зданий с ее использованием.

Предложенный способ характеризуется тем, что опалубка фундамента и колонн изготовляется :ч заводе в виде железобетонных блоков, I состав которых включается продольная и поперечная рабочая арма-•ура, что исключает необходимость выполнения технологических провесов по установке арматуры и демонтажу опалубки.

Возможность наращивания блока колонн обеспечивается при помощи варки арматурных выпусков рабочей арматуры возводимой конструк-ии, обнаженной в верхней части блока колонн и в нижней части на-ащиваемого. если нет необходимости в наращивании колонны, верх-яя частв блока выполняется со сплошной кромкой или же закладны-« деталями для опирания примыкающих конструкций.

Для установки опалубочного блока колонны используются опорные элки, с помощью которых этот блок опирается на ступени фундамен-з. на этих балках закреплены передвижные упоры, обеспечивающие

правильность- и быстроту установки блока в проектное положение.

разработана сравнительная организация процессов поточнбго во: ведения конструкций в инвентарных и неснимаемой опалубках.

Эффективность возведения монолитных конструкций с применение! различных систем- опалубки в конкретных условиях зависит от прода жительности, трудоемкости, себестоимости производства опалубочны: работ и объема возводимых конструкций.

' в диссертации разработана программа для расчета технико-экош мических показателей применения различных конструкций опалубки: деревянной, металлической, комбинированной, щитовой опалубки, бл! ной и щарнирно-блочной, железобетонной снимаемой и неснимаемой опалубки, а также железобетонной блочной опалубки с рабочей арма1 рой конструкции, выявлено, что эффективность различных конструкц] опалубки в значительной мере определяется объемом возводимых работ. Так, например, для возведения конструкций общим объемом 1600 м3, при использовании железобетонной блочной опалубки,, обес печиваегся сокращение продолжительности работ в 2 раза по сравне нию с инвентарными опалубками.

Полученные данные показывают, что использование разных конст рукций опалубки изменяется по трудоемкости и себестоимости соответственно в пределах 0,51...0,96 чел-дня/м3 и 0,53...0,61 руб/м

Количественная оценка рассматриваемых вариантов позволяет обоснованно выбирать оптимальное решение опалубки для возведения конструкций при заданном объеме работ.

На основании данных расчета машиной, построены графики завис мости продолжительности, трудоемкости и себестоимости для разных систем опалубки от изменения объемов работ, графики показывают, что применение железобетонной снимаемой опалубки целесообразно применять при объемах работ более 1Р00 м3, а эффективность желез бетонной опалубки достигается при возведении конструкций с объем

лее 1200 м3.

СБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведенные экспериментально-теоретические исследования позво-ля получит* следующие научные результаты:

1. Установлено, что эффективность возведения конструкций в яезобетонной опалубке может быть достигнута на основе увеличения гивности бетонной смеси и разработки новых конструктивных реше-й железобетонной опалубки.

2. доказано, что введение в бетонную смесь активной минераль-й добавки-пыли газоочистки производства ферросилиция (ПГПФ) до ...20 % и химической пластифицирующей добавки (ХДСК- Б Ь ) до 35 % является эффективным способом, позволяющим в 1,4 раза уве-1ить прочность сцепления бетона с опалубкой при одновременном лжении расхода цемента до 28 %.

3. Выявлен логарифмический характер зависимости изменения во ¡мени нормального и тангенциального сцепления железобетонной не-1маемой опалубки и бетона с активными минеральными и химическими 1авками. установлено, что основное формирование прочности сцеп-1ия происходит в возрасте до 14 суток, как при обычных бетонах, :тигая при этом равнопрочное соединенне бетона с опалубкой.

4. определен характер изменения величины сцепления при нанесе-

I перед бетонированием эпоксидного клея на контактируемую поверх-!ть опалубки, прочность сцепления обработанной опалубки, покры-I эпоксидным клеем, при шероховатой поверхности на 24 % больше ! при гладкой поверхности.

5. В результате разработанной методики и программы расчета ве-[ины сцепления, предложены формулы для определения формирования 'езионных связей бетона с неснимаемой опалубкой при различных

рассматриваемых условиях, что позволяет определить характер подготовки опалубки с учетом возможных разрушающих усилий в определенный промежуток времени.

б. установлены закономерности распределения нормальных и касательных напряжений в зоне контакта бетона с опалубкой при разных высотах сечения и вариантах загружения конструкции опалубки, что позволяет определить степень участия опалубки в работе конструкции.

Использование проведенных исследований по совершенствованию технологии возведения монолитных железобетонных конструкций в железобетонной опалубке обеспечивают следующие ПРАКТИЧЕСКИЕ' РЕЗУЛЬТАТЫ:

1. применение конструкции снимаемой железобетонной опалубки, покрытой полиэтиленовой или резиновой пленкой, для возведения стен, обеспечивающее снижение затрат труда, материальных ресурсов Новизна предложенной конструкции опалубки подтверждена положитель ным решением комитета цо делам изобретений и открытий.

2. Использование разработанной блочной железобетонной опалубк с рабочей арматурой исключает выполнение на строительной площадке технологических процессов установки арматуры и демонтажа опалубки

3. разработанные алгоритмы и программа расчета с использовани ем ЭВМ позволяют определить оптимальную конструкцию опалубки для возведеряя конструкций при определенном объеме работ, обеспечивая при этой снижение продолжительности, трудоемкости и стоимости раб

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. салаланка марин, эффективность возведения конструкций в железобетонной опалубке.- деп. в ВНШИС Госстроя СССР. Библиограф указатель депонир. рук. м., 1989, выпуск б, $ 9574.

2. салаыанка марвин. влияние пластифицирующих добавок.на проч

ость сцепления бетона с кеснимаемой опалубкой //промышленное троительство и инженерное сооружение.- 1991.- 3.

3. саламанка чарвин. способ возведения железобетонных зданий сооружений, положительное реэение на изобретение, от ЗНИИГПЭ,

саламанка марвин. исследование адгезионных связей железо-етонной опалубки с бетоном.- Деп. во ВНШТПЙ Госстроя СССР, иблиограй. указатель депонир. рук. ц., 1989, выпуск 6.