ПОЛТАВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

ВОСКОБІЙНИК СЕРГІЙ ПАВЛОВИЧ

УДК 624. 016.5

НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ВУЗЛІВ З’ЄДНАННЯ ТРУБОБЕТОНУ З МОНОЛІТНИМ ЗАЛІЗОБЕТОНОМ ПРИ ПОЗАЦЕНТРОВОМУ СТИСКУ ТА ЗГИНУ

05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ПОЛТАВА 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка, Міністерство освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Стороженко Леонід Іванович,

професор кафедри конструкцій із металу, дерева та

пластмас Полтавського державного технічного

університету імені Юрія Кондратюка (м. Полтава)

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Дорофєєв Віталій Степанович,

професор, завідувач кафедри опору матеріалів

Одеської державної академії будівництва та

архітектури (м. Одеса);

кандидат технічних наук, доцент

Рогоза Микола Єгорович,

доцент кафедри комп’ютерних технологій та

інформаційних систем Полтавського державного

технічного університету імені Юрія Кондратюка (м. Полтава).

Провідна установа: Харківська державна академія міського господарства,

Міністерство освіти і науки України (м. Харків).

Захист відбудеться ” 9 ” квітня 2002 р. о 13 годині, на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 44. 052.02 Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24, ауд. 234

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24

Автореферат розісланий 6 березня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Чернявський В.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. На сучасному етапі робота трубобетонних конструкцій вивчена досить глибоко, але дослідження вузлів їх з’єднання практично відсутні. Зараз вузли з’єднання трубобетону з залізобетоном виконують подібно до вузлів з’єднання металевих конструкцій, що не завжди виправдано з конструктивної та економічної точки зору. Тому задача з розроблення конструктивних рішень і дослідження несучої здатності та напружено-деформованого стану таких вузлів з’єднання є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота здійснювалася відповідно до плану кафедри конструкцій з металу, дерева та пластмас Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка за темою “Дослідження напружено-деформованого стану і міцності трубобетонних конструкцій та їх впровадження в будівництво”.

Мета і задачі дослідження:

- розроблення конструктивних рішень і методів розрахунку вузлів з’єднання трубобетонних стійок з монолітним залізобетонним фундаментом;

- розроблення конструктивних рішень і методів розрахунку вузлів з’єднання монолітних залізобетонних колон з трубобетонними ригелями;

- дослідження напружено-деформованого стану вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в наступному:

- запропоновані нові конструктивні рішення вузлів з’єднання трубобетонної стійки з монолітним залізобетонним фундаментом та з’єднання монолітної залізобетонної колони з трубобетонним ригелем;

- експериментально досліджена робота вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном;

- розроблена методика розрахунку несучої здатності вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном;

- проведена оцінка напружено-деформованого стану вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном при позацентровому стиску і згині.

Практичне значення одержаних результатів:

- за результатами роботи запропоновано нове конструктивне рішення вузла з’єднання трубобетонної стійки з монолітним залізобетонним фундаментом та вузла з’єднання монолітної залізобетонної колони з трубобетонним ригелем, які дають змогу більш раціонально

використовувати трубобетонні конструкції в сучасному будівництві;

- запропонована методика визначення несучої здатності вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном;

- проведене дослідне проектування і будівництво конструкцій із використанням трубобетону й запропонованих вузлів з’єднання.

Результати досліджень автора впроваджені в практику проектування державного проектного інституту „Міськбудпроект” та державного підприємства „Полтавадіпром’ясомолпром” в м. Полтаві.

Особистий внесок здобувача полягає в: розробці конструкцій вузлів з’єднання та методики експериментальних досліджень, виготовленні і випробуванні дослідних зразків, обробці експериментальних даних, оцінюванні напружено-деформованого стану та розробленні методики розрахунку запропонованих вузлів.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на 50 – 53 наукових конференціях Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка (м. Полтава, 1998 – 2001 р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Нові машини для виробництва будівельних матеріалів і конструкцій, сучасні будівельні технології” (м. Полтава, 2000 р.), міжнародній науково – технічній конференції “Ресурсоємні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (м. Рівне, 2001 р.).

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладено в 8 опублікованих працях та отримано 1 деклараційний патент на винахід.

Обсяг та структура роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел та 2 додатків.

Робота викладена на 153 сторінках, включаючи 10 таблиць на 10 сторінках, 63 рисунків на 57 сторінках, 186 найменувань використаних джерел на 18 сторінках, 2 додатки на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність, наукова новизна та практична цінність роботи, необхідність проведення експериментальних і теоретичних досліджень, подана її загальна характеристика.

У першому розділі проведено аналіз особливостей роботи трубобетонних конструкцій і вузлів їх з’єднання. Визначені переваги та недоліки, проаналізовано розвиток і досвід будівництва трубобетонних конструкцій. Зроблено огляд досліджень трубобетонних конструкцій і вузлів їх з’єднання, де було розглянуто теорії міцності бетону, який знаходиться в об’ємно-напруженому стані.

Дослідження в галузі трубобетонних конструкцій проводили

Г.П. Передерій, Н.Г. Добудогло, В.А. Росновський, А.Ф. Ліпатов, М.Ф. Скворцов, В.Ф. Маренін, О.М. Алперіна О.Я. Берг, О.А. Долженко, В.А.Труль, Р.С. Санжаровський, В.С. Дорофєєв, О.Е. Лопатто, Е.І.Гамаюнов, А.Б.Квядарас, С.Г.Кусябгалиев, Л.К.Лукша, І.Г.Людковський О.Л. Шагін, Е.Д. Чіхладзе, та інші. Починаючи з 1964 року в КГРІ, а з 1986 року в Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка під керівництвом Л.І. Стороженка ведуться експериментально-теоретичні дослідження трубобетонних конструкцій (роботи Г.В.Головка, В.І. Маракуци, В.М. Сурдіна, О.І. Теселкіна, В.М. Спільчука, В.І. Барбарського, В.В. Васюти, А.О. Кальченка, С.В. Шкіренка, Д.А. Єрмоленка, В.Ф. Пенца, О.І. Лапенка, В.М.Тимошенка, П.Г.Кортушова та інші). Серед зарубіжних досліджень слід відзначити роботи Баеса, Мюллера, Гесснера, К.Клепеля і В.Годера.

При дослідженні трубобетонних конструкцій можуть бути застосовані різні теорії міцності бетону. Основна їх різниця полягає в методі урахування підвищення міцності бетону, який знаходиться в об’ємно-напруженому стані.

Трубобетонні конструкції використовуються в різних галузях сучасного будівництва: спеціальні, промислові і цивільні споруди, мости та інші. Особливу увагу при застосуванні трубобетонних конструкцій слід приділяти його вузлам з’єднання з іншими конструкціями. Наприклад: вузол з’єднання трубобетонної колони з монолітним залізобетонним фундаментом або перекриттям, вузол з’єднання трубобетонного ригеля з монолітною залізобетонною колоною та інші. Огляд наукової літератури показав, що проблемою трубобетонних конструкцій є недостатні дослідження конструктивних рішень таких вузлів. На сьогодні в сучасному будівництві вузли з’єднання трубобетонних конструкцій з монолітним залізобетоном виконуються подібно до вузлів з’єднання металевих конструкцій, які не враховують позитивних сторін трубобетону.

Аналіз способів улаштування вузлів будівельних конструкцій показав, що для з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном можна застосовувати наведені типи стиків.

Перший розділ закінчується визначенням основних напрямів та завдань дослідження.

У другому розділі описано конструкцію дослідних зразків, технологію їх виготовлення, методику проведення експерименту і дослідження фізико-механічних властивостей матеріалів, використаних при виготовленні зразків.

При розробленні програми експерименту була поставлена задача

дослідити роботу запропонованих вузлів з’єднання залежно від їх конструктивних рішень, геометричних розмірів та способу передачі навантаження.

Запроектовані дослідні зразки трьох основних серій:

1) серія ТБИ - досліджувалася при роботі на згин (вузол з'єднання залізобетонної колони і трубобетонного ригеля);

2) серія ТБС - досліджувалася при роботі на позацентровий стиск (вузол з'єднання трубобетоної колони і монолітного залізобетонного фундаменту);

3) серія СБФ - досліджувалася при роботі на позацентровий стиск (вузол з‘єднання сталебетонної колони і монолітного сталебетонного фундаменту стаканного типу).

Експериментальні зразки складаються з короткого трубобетонного елемента (довжина 4D) і з’єднаного з ним монолітного залізобетонного. Було запроектовано і виготовлено шість нових типів вузлів з'єднання трубобетонного елемента з монолітною залізобетонною конструкцією:

1) з'єднувальний стержень із трубчастого елемента діаметром 114 мм і товщиною стінки 5 мм (тип ТБИ1, ТБС1), рис. 1.а;

2) з'єднувальний стержень з арматурного каркаса з 10 арматурних стержнів класу АIII діаметром 12 мм (тип ТБИ2, ТБС2), рис1.б;

3) арматурні анкерні стержні, приварені до труби, з 10 стержнів класу АIII діаметром 14 мм (тип ТБС3, ТБС3), рис. 1в;

4) арматурні анкерні відгини, приварені до труби під кутом 45 , з арматури класу АIII діаметром 12 мм (тип ТБС4), рис. 1г;

5) арматурні анкерні відгини, приварені до труби під кутом 90 , з арматури класу АIII діаметром 12 мм (тип ТБС5);

6) з'єднувальний виступ із трубчастого елемента діаметром 204 мм і товщиною стінки 7 мм (тип СБФ), рис. 1д.

Для виготовлення трубобетонних елементів експериментальних зразків були застосовані суцільнотягнуті, прямошовні труби діаметром 100, 159, 168 та 204 мм з товщиною стінки 5-7 мм, які попередньо на труборізному станку були порізані на заготовки довжиною 400, 500, 610 630 та 680 мм (табл.1). Для армування бетонного елементу використовувалися арматурні сітки, виготовлені з арматури класу Вр І 5 мм та окремі стержні з арматури класу А ІІІ 14 мм.

Виготовлення експериментальних зразків і всі випробовування, що були необхідні для отримання фізико-механічних властивостей матеріалів, проводилися в лабораторії кафедри ЗБ і КК Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка. Бетонування виконувалося за допомогою глибинного вібратора ИВ-17.

Таблиця 1

Програма експерименту і несуча здатність зразків вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном

Серія | Бетонний елемент | Трубобетонний елемент | З’єднувальний елемент | Ексцентриситет е, мм | Несуча здатність

Ширина

b,мм | Висота

h,мм | Довжина

Lb,мм | Діаметр

D, мм | Товщина

стінки

t ,мм | Довжина

Lt,мм | Трубчатий елемент

d t, мм | Арматур-ний каркас | Анкерні стержні | Довжина

Lz,мм | Nд1

кН |

Nд2

кН |

Nт2

кН

ТБИ 1-1 | 200 | 300 | 500 | 159 | 7 | 630 | 1145 | 680 | 200 | 200 | 221

ТБИ 1-2 | 200 | 300 | 500 | 159 | 7 | 630 | 1145 | 680 | 175 | 425 | 472

ТБИ 2-1 | 200 | 300 | 500 | 159 | 7 | 630 | 1012 | 680 | 200 | 258 | 235

ТБИ 3-1 | 200 | 300 | 500 | 159 | 7 | 630 | 1014 | 400 | 250 | 482 | 455

ТБИ 3-2 | 200 | 300 | 500 | 159 | 7 | 630 | 1014 | 400 | 400 | 475 | 455

ТБС 1-1 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 1012 | 530 | 20 | 500 | 900 | 1180

ТБС 2-1 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 1145 | 530 | 20 | 900 | 1100 | 1310

ТБС 2-2 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 1145 | 530 | 40 | 900 | 1000 | 1180

ТБС 2-3 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 1145 | 530 | 20 | 400 | 450 | 316

ТБС 3-1 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 1014 | 250 | 20 | 400 | 1100 | 1310

ТБС 4-1 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 104 | 420 | 20 | 400 | 1100 | 1310

ТБС 4-2 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 104 | 420 | 40 | 400 | 1020 | 1230

ТБС 4-3 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 104 | 420 | 20 | 300 | 325 | 316

ТБС 5-3 | 200 | 150 | 500 | 168 | 5 | 610 | 104 | 420 | 20 | 175 | 230 | 316

СТФ 1 | 350 | 350 | 900 | 100 | 3 | 500 | 2047 | 400 | 10 | 400 | 450 | 515

СТФ 2 | 350 | 350 | 900 | 100 | 3 | 500 | 2047 | 400 | 20 | 350 | 400 | 485

СТФ 3 | 350 | 350 | 900 | 100 | 3 | 500 | 2047 | 400 | 10 | 400 | 525 | 514

Після закінчення бетонування поверхня експериментального зразка загладжувалася і через 5-6 годин вирівнювалася цементним розчином марки 100. Відкрита поверхня бетону на протязі 28 діб, які були потрібні для твердіння бетону, була покрита шаром вологої тирси. Твердіння бетону проходило у природних умовах при температурі 20-25 С.

Експериментальні зразки випробовувалися не раніше 28 діб після виготовлення, після досягнення ними проектної міцності. Випробовування зразків проводилося на гідравлічному пресі ПММ 500.

Зразки серій ТБИ випробовувалися на дію згинальних зусиль (рис. 2.д). Зразки серій ТБС випробовувалися при позацентровому стиску з різними ексцентриситетами, за двома різними схемами. За схемою 1 залізобетонний елемент спирався на плиту пресу (серія ТБС1-1, ТБС2-1, ТБС3-1, ТБС3-2, ТБС4-1, ТБС4-2) (рис. 2.а). За схемою 2 залізобетонний елемент спирається на шарнірні опори, розташовані на відстані 150 мм від його кінця (серія ТБС3-3, ТБС4-3, ТБС5-3) (рис. 2.б). Навантаження передавалося з ексцентриситетом 20 мм (серія ТБС1-1, ТБС2-1, ТБС3-1, ТБС3-3, ТБС4-1, ТБС4-3 ) і 40 мм ( серія ТБС3-2, ТБС4-2, ТБС5-3).

Зразки серій СБФ завантажувалися центрально за двома різними схемами. За схемою 1 експериментальний зразок завантажувався симетрично, (рис. 2.в), де обидві опори були розміщені на відстані 60 мм від кінця (СБФ2). За схемою 2 зразок завантажувався асиметрично (рис. 2.г). При такій схемі завантаження одна з опор була зміщена на 225 мм від кінця.

Перед випробуванням зразок центрувався за геометричними осями, після чого стрілки приладів встановлювалися в нульове положення. Завантаження здійснювалося по ступеням з кроком 0,1-0,05 від граничного навантаження. На кожній ступені витримувався час, потрібний для зняття відліків з вимірювальних приладів.

Розроблена методика виготовлення та дослідження вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном, прийняте дослідне обладнання дали змогу в лабораторних умовах вивчити їх роботу під навантаженням, отримати характеристики напружено-деформованого стану на будь-якій стадії завантаження.

Третій розділ присвячено аналізу результатів експериментальних досліджень. Подано характер руйнування дослідних зразків, опис їх роботи від початку завантаження до руйнування.

В процесі проведення експерименту фіксувалися наступні навантаження, що відповідали:

- Моменту утворення першої тріщини на бетонній основі Nд1 (табл.1);

- Несучій здатності вузла з'єднання Nд2 (табл.1).

При випробуванні, експериментальні зразки серії ТБИ, ТБС показали різну несучу здатність, яка залежала від конструктивного рішення вузла з’єднання та схеми завантаження. Несуча здатність експериментальних зразків наведена в табл. 1.

Характер руйнування експериментальних зразків серії СБФ не залежав від схеми завантаження. При зростанні навантаження від нуля до руйнування можна відмітити наступні стадії напружено-деформованого стану.

При підвищенні навантаження, внаслідок порушення сил зчеплення між фрагментом трубобетонної колони і бетоном замонолічування, розпочинається вертикальне зміщення колони відносно з’єднувального виступу. За рахунок об’ємно-напруженого стану, який утворює металева труба, бетон замонолічування і бетон під торцем колони може сприймати значні навантаження, тому переміщення фрагмента трубобетонної колони відносно сталебетонного стакану досить незначні. Роботу бетону на цій стадії можна вважати пружно-пластичною.

При подальшому збільшенні навантаження відбувається продавлювання днища ростверку. При цьому зусилля від колони передаються на нижню частину з’єднувального елемента, який повністю включається в роботу. Сили зчеплення, що опиралися продавлюванню з’єднувального елемента (стакана) порушуються, в результаті чого відбувається його інтенсивне вертикальне зміщення і рух однієї частини ростверку по іншій з утворенням характерної піраміди продавлювання. При інтенсивному зрізі спостерігається зменшення навантаження і настає руйнування від продавлювання.

За результатами вимірювань були побудовані графіки залежностей деформацій і переміщень від зусиль, деякі з них приведено на рис. 3. Із аналізу результатів вимірювань зроблено висновок, що деформації і переміщення для всіх зразків залежать від конструктивних особливостей та схеми завантаження. Напруження на трубобетонному та бетонному елементі при випробовуванні більшості експериментальних зразків усіх серій досягали своїх граничних значень, що свідчить про їх рівноміцність. Особлива закономірність виявляється при аналізі графіків залежностей для зразків СБФ, де видно, що переміщення трубобетонної колони відносно сталебетонного стакану досить незначне, 5010-2 - 10010-2 мм. Вертикальні переміщення сталебетонного стакану відносно фундаменту не досягають 5010-2 мм, а на початкових стадіях ці переміщення зовсім малі. Це дало змогу зробити висновок, що колона та стакан працює, як один елемент.

У четвертому розділі наведено основні положення методики оцінки напружено - деформованого стану та розрахунок міцності вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном. Для кожного з запропонованих типів вузлів з’єднання визначено розрахункові перерізи та запропоновано розрахункові формули.

Як видно з аналізу напружено-деформованого стану вузла з’єднання трубобетонного ригеля з монолітною залізобетонною колоною (ТБИ), його треба розраховувати:

по нормальному перерізу трубобетонного ригеля в місці

прикладання зовнішнього навантаження за формулою запропонованою Л.І. Стороженком:

M = r12 / (1+cos ’ ) (4 Ry 1 + 2 4 Rb r1 2) , (1)

та по похилому перерізу бетону колони, який проходить під кутом 45 в місці примикання ригеля

P = Rbt b h , (2)

де b, h – геометричні розміри поперечного перерізу колони; - коефіцієнт, який визначався за результатами експерименту і дорівнює 2.

Експериментальні дослідження вузлів з’єднання монолітних залізобетонних конструкцій з трубобетонними, які працюють на позацентровий стиск (серія ТБС) показали, що характер їх руйнування залежав від схеми завантаження, ексцентриситету зовнішнього навантаження та конструктивного рішення вузла. Для таких вузлів основними випадками руйнування були:

- втрата міцності трубобетонного елемента:

P = d / (d+4e) [Rb* d2 / 4 + s2 Rs (d12 – d2 ) / 4], (3)

де Rb* = 1,25 Rb ; е – ексцентриситет зовнішнього навантаження Р ; d – внутрішній діаметр труби колони; d1 –зовнішній діаметр труби колони; s2 = 0,9 – коефіцієнт умов роботи труби;

- розколювання бетонного елемента:

P = 2 Rbt d1 h s , (4)

де d1 – зовнішній діаметр труби; h – висота перерізу залізобетонного елемента; s – коефіцієнт ефективності армування монолітної залізобетонної конструкції, знаходиться в межах 1,1 – 2,0 (за даними експериментальних досліджень). Рекомендується приймати s =1,5.

З аналізу напружено-деформованого стану вузла з’єднання трубобетонної колони з монолітним сталебетонним фундаментом стаканного типу (серія СБФ) видно, що основним випадком руйнування

вузла є руйнування фундаменту, який продавлюється з’єднувальним виступом по перерізам І - І, ІІ - ІІ (рис.4.а).

Продавлювання відбувається по складній фігурі, що складається з циліндра, висота якого дорівнює глибині анкерування з’єднувального виступу h2, і зрізаного конуса висотою h1. Верхня основа конуса – коло діаметром d1, а нижня – еліпс. Для спрощення розрахунків нижню основу було прийнято прямокутною з розмірами ab, де b ширина фундаменту. Виходячи з цього:

P = P1 + P2, (5)

де P1 = g,n d1 h, (6)

де g,n – середнє напруження зчеплення з’єднувального виступу (стакана) з бетоном фундаменту g,n = 3 МПа,

- коефіцієнт повноти епюри зчеплення дорівнює 0.7.

P2 = Rbt h2 0,5 [ d1 + 2 (a+b)], (7)

де - коефіцієнт, значення якого для важкого бетону приймається рівним 1.

За умови, якщо в межах піраміди продавлювання встановлені хомути, несуча здатність таких фундаментів визначається за формулою:

Р = P1 + P2 + P3 , (8)

де P3 = 0,8 Fsw , (9)

Fsw =175 Asw , (10)

де Fsw – сума всіх поперечних зусиль в хомутах, які потрапляють у площину піраміди продавлювання; 175 МПа – граничне напруження в хомутах; Asw – площа поперечного перерізу хомута.

При відношенні a/h 2 можливе крихке руйнування, яке буде відбуватися по перерізу I - I, III - III. В такому випадку несучу здатність фундаменту по перерізу І – І можна оцінити за формулою:

P = g,u d1 h1 + 0,7 ` d1 h2 . (11)

У випадку руйнування по перерізу ІІІ – ІІІ несучу здатність фундаменту можливо описати за формулою:

PIII – III = g,u d h3 + 0,25 Rb d2 +

+ 0,7 d (h1 +h2) . (12)

При проектуванні сталебетонних фундаментів необхідно приймати мінімальну несучу здатність, яка оцінюється по перерізам І – І, ІІ – ІІ, ІІІ – ІІІ використовуючи формули (5-12).

Перевірка несучої здатності стаканів сталебетонних фундаментів проводиться по перерізу IV – IV за формулою:

PIV – IV = bs [ 0,25 R*b (d12 – d2 ) + s2 Rs As], (13)

де bs – коефіцієнт умови праці бетону і труби в трубобетонних конструкціях, приймається рівним 1,1; s2 – коефіцієнт умови праці сталі труби приймаємо рівним 0,9.

Оцінюючи напружено-деформований стан вузла серії СБФ, особливу увагу було сконцентровано на бетоні омонолічення в стакані фундаменту. На стакан сталебетонного фундаменту діють зусилля M, N, Q та внутрішні зусилля b , b . Для спрощення розрахунків за допомогою коефіцієнта повноти епюри = 0,8 , епюру нормальних напружень, що мала вигляд параболоїда було приведено до зрізаного циліндра. Для спрощення розрахунків бокова криволінійна поверхня шипу (труби колони) була розгорнута в прямолінійну поверхню. В результаті таких перетворень епюра нормальних напружень приняла форму зрізаного параболічного циліндру.

Взявши суму моментів відносно точки О М0 = 0 (рис.5.б) і вирішивши рівняння, виведена формула для визначення нормальних напруження в бетоні замонолічення.

, (14)

де =0,2 коефіцієнт тертя бетону по трубі колони.

Для розрахунку міцності стику на основі експериментальних даних був прийнятий такий критерій міцності:

, (15)

де - Rb* - розрахунковий опір бетону в трубобетоні.

Результати теоретичної несучої здатності вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном Nт2 наведені в табл.1.

П’ятий розділ присвячений дослідному проектуванню вузлів з’єднання трубобетонних колон з монолітними фундаментами.

Запропонована конструкція вузла з'єднання подібна до конструкції монолітного залізобетонного фундаменту стаканного типу, але роль стакана виконує трубобетонний з'єднувальний виступ із труби більшого діаметра. Зовнішні зусилля в такому вузлі з'єднання передаються з трубобетонної колони на трубобетонний з'єднувальний виступ (стакан), а вже з нього на плиту фундаменту. Завдяки з'єднувальному виступові в бетоні під торцем колони створюється об'ємно-напружений стан, що значно підвищує несучу здатність стику. Також при такій конструктивній схемі вузла практично відсутні зварювальні роботи, що забезпечує високу технологічність.

Для храму Віри, Надії і Любові, що будується в м. Полтаві, були запропоновані трубобетонні колони, розташовані в центрі споруди по колу, діаметр якого дорівнює 10,8 м. Відстань між колонами становить 5,4 м, їх висота складає 16,2 м. Збір навантажень і статичний розрахунок рами каркасу було виконано в обчислювальному центрі проектного інституту “Міськбудпроект” в м. Полтаві. Максимальні розрахункові зусилля в колонах рами складають N = 1075,19 Кн, Q = 13,3 Кн.

Запропонований сталебетонний фундамент стаканного типу конструювався під трубобетонні колони діаметром 426 мм із товщиною стінки 5 мм. Проведені експериментальні й теоретичні дослідження показали, що товщина стінки труби з'єднувального виступу суттєво не впливає на його несучу здатність, тому вона приймалася конструктивно. Висота і довжина анкерування визначалися з розрахунків. Виходячи з цього, стакан був прийнятий із труби діаметром 530 мм і товщиною стінки 5 мм. Загальна довжина труби з’єднувального елемента склала 800 мм, із яких 400 мм замонолічувалося в бетон плити залізобетонного ростверку.

В м. Кременчуці при реконструкції об’єктів ЗАТ ”Кленовий лист +” виникла необхідність в будівництві естакади технологічних трубопроводів. Естакада має призначення розмістити газопровід середнього тиску, теплові мережі, кабелі електромережі, кабелі зв’язку та

кабелі пожежної сигналізації.

Загальна довжина естакади технологічних трубопроводів 357 м. Естакада складається зі 77 рядових опор та 5 анкерних опор. Рядові опори виготовлені з двох трубобетонних стійок із металевих труб діаметром 159 мм, товщиною стінки 4 мм. Стійки заповнені важким бетоном класу В12,5, на них монтуються траверси у вигляді металевих ферм. Анкерні опори складаються з 4 трубобетонних стійок. Трубобетонні стійки спираються на монолітні залізобетонні фундаменти з важкого бетону класу В12,5. Фундаменти для рядових опор мають розміри 1,90,7 м в плані, і висоту 1,55 м, для анкерних опор - 2,12,1 в плані і висоту 1,55 м і армовані двома арматурними сітками із арматури класу А І 6 мм. В фундаменти замонолічуються стакани з металевої труби діаметром 259 мм і товщиною стінки 4 мм. Анкеровка стакана в тіло фундаменту складає 500 мм. Стакан виступає над фундаментом на 100мм.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ

1. Запропоновані нові вузли з’єднання трубобетонної колони з монолітним сталебетонним фундаментом стаканного типу та трубобетонного ригеля з монолітною залізобетонною колоною, які роблять більш ефективним застосування трубобетонних стійок у будівництві (патент на винахід (11) 37481А).

2. Проведено експериментальне дослідження напружено-деформованого стану нових типів вузлів з’єднання трубобетонну з монолітним залізобетоном з урахуванням їх конструктивного рішення та схеми завантаження. Прийнята методика експериментальних досліджень дала можливість оцінити напружено - деформований стан вузлів з'єднання трубобетону з монолітним залізобетоном при позацентровому стиску і згині.

3. Різноманітний характер руйнування експериментальних зразків, а також суттєва різниця їх несучої здатності, свідчить про те, що конструктивне рішення вузла з’єднання суттєво впливає на його напружено - деформований стан.

4. Експериментальні дослідження нових вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном дозволили висунути передумови для визначення їх несучої здатності. На основі аналізу напружено – деформованого стану дослідних зразків розроблені методи розрахунку вузлів з’єднання монолітних залізобетонних конструкцій з трубобетонними, які працюють на позацентровий стиск та згин, з урахуванням особливостей роботи трубобетонного елементу та монолітного залізобетону. Ці методи забезпечують задовільний збіг теоретичних і експериментальних даних.

5. На основі експериментальних досліджень автора та інших праць виведена формула для визначення нормальних напружень у бетоні замонолічення сталебетонного стакану та запропоновано критерій міцності.

6. Задовільні результати, які було продемонстровано сталебетонним фундаментом стаканного типу в реальному будівництві, свідчать про його ефективність. Подібні вузли з'єднання можна використовувати в усіх галузях сучасного будівництва, особливо в спорудах, де діють значні поздовжні сили і згинальні моменти.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.Стороженко Л.І., Кортушов П.Г., Воскобійник С.П. Експериментальне дослідження вузлів спряження монолітних залізобетонних елементів з трубобетоном // Тези доповідей 50 наук. конф. Полтавського державного технічного університету ім. Ю. Кондратюка. - Полтава, 1998. - С. 117. Особистий внесок: проведено експериментальні дослідження і виконано обробку їх результатів.

9. Деклараційний патент на винахід (11) 37481А. Вузол спряження трубобетонної колони з фундаментом / Стороженко Л.І., Воскобійник С.П. // Промислова власність. – 2001. – Бюл. № 4. Особистий внесок: розроблена конструкція вузла з’єднання та оформлено заявку на винахід.

АНОТАЦІЇ

Воскобійник С.П. Напружено – деформований стан вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном при позацентровому стиску та згині.

Дисертація – рукопис на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди. Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, м. Полтава, 2002.

Проведено експериментальне дослідження напружено – деформованого стану нових вузлів з’єднання трубобетону з монолітним залізобетоном при позацентровому стиску та згину. Експериментальні зразки відрізнялися своєю конструкцією та схемою завантаження. Отримана на основі теоретичних досліджень методика дозволяє оцінювати несучу здатність та напружено-деформований стан вузлів з’єднання. Запропонована конструкція вузла з’єднання була впроваджена в будівництво, при цьому був отриманий значний техніко-економічний ефект, який обґрунтовувався економією матеріалів, витрат праці та зменшення вартості конструкцій і всього будівництва взагалі.

Ключові слова: трубобетонні конструкції, вузол з’єднання, з’єднувальний виступ.

Воскобойник С.П. Напряженно – деформированное состояние узлов соединения трубобетона с монолитным железобетоном при внецентренном сжатии и изгибе.

Диссертация – рукопись на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения. Полтавский государственный

технический университет имени Юрия Кондратюка, г. Полтава, 2002.

Содержание диссертации. Введение. Обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы, дана ее общая характеристика.

В первом разделе проведен анализ особенностей работы трубобетонных конструкций и узлов их соединения. Определены преимущества и недостатки, проанализировано развитие и опыт строительства трубобетонных конструкций. Сделан обзор исследований в области трубобетонных конструкций и узлов их соединения. Предложено новые конструктивные решения узлов соединения трубобетонных конструкций с монолитным железобетоном.

Второй раздел посвящен методике проведения эксперимента и исследованию физико-механических свойств материалов, использованных при изготовлении экспериментальных образцов. При составлении программы эксперимента была поставлена задача исследовать работу узлов соединения трубобетона с монолитным железобетоном в зависимости от типа соединения, геометрических характеристик и схем загружения. Приведены конструкции экспериментальных образцов и описана технология их изготовления, способы измерения деформаций и места расположения измерительных приборов.

Третий раздел диссертационной работы посвящен анализу результатов экспериментальных исследований узлов соединения трубобетона с монолитным железобетоном. Экспериментальные исследования прочности и деформативности узлов соединения позволили определить их конструктивные особенности и выдвинуть предпосылки для расчета. Установлено, что на несущую способность узла главным образом влияет его конструктивное решение. Экспериментально доказано эффективность предложенных конструктивных решений узлов соединения.

В четвертом разделе приведены основные положения методики оценки напряженно-деформированного состояния и расчета несущей способности узлов соединения трубобетона с монолитным железобетоном. В результате были получены формулы для расчета несущей способности узлов соединения трубобетонного ригеля с монолитной железобетонной колонной, трубобетонной колоны с монолитным железобетонным фундаментом и перекрытием. Также были получены формулы для расчета несущей способности сталебетонного фундамента стаканного типа под трубобетонные колоны и проверки прочности бетона омоноличивания стакана фундамента. Сравнение экспериментальных и теоретических данных показало, что они совпадают удовлетворительно.

Пятый раздел посвящен опытному проектированию сталебетонного фундамента стаканного типа под трубобетонные колоны на строительстве храма Веры, Надежды и Любви в г. Полтава и эстакады технологических трубопроводов при реконструкции объектов ЗАО ”Кленовий лист +” в г. Кременчуге. По результатам опытного проектирования сделан вывод о целесообразности и технико-экономической эффективности применения подобных фундаментов в современном строительстве.

Результаты диссертации. Предложены новые конструктивные решения узлов соединения трубобетона с монолитным железобетоном. Выявлены основные особенности их работы, предложена методика расчета их несущей способности.

Ключевые слова: трубобетонные конструкции, узел соединения, соединительный выступ

Voskoboynik S.P. Strained-deformed State of Concrete Pipe Connecting Knots with Monolithic Reinforced Concrete by the Eccentric Compression and Bending.

Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences, speciality 05.23.01 – Building structures buildings and constructions. Poltava State Technical University named after Juri Kondratyuk, Poltava, 2002.

It was conducted the experimental investigation of strained – deformed state of concrete – pipe connecting knots with monolithic reinforced concrete by the eccentric compression and bending. Experimental samples were distinguished by their construction and loading scheme. The obtained systematic knowledge based on the theoretical investigation gives an opportunity to estimate carring ability and strained – deformed state of connecting knots. Given construction of connecting knot was used in the real building project. It was received considerable technical and economic effect which was based both on the economy of materials and working expenditures and on the decrease of construction cost.

Key words: concrete – pipe constructions, connecting knot, connecting overhang.