ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ПУШКАР НАТАЛЯ ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 624.012.41

ТЕХНОЛОГІЧНА ПОШКОДЖЕНІСТЬ ТА РОБОТА

ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ЗГИНАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

ПО ПОХИЛИМ ПЕРЕРІЗАМ

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕСА - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Дорофєєв Віталій Степанович, завідувач кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій Одеської державної академії будівництва та архітектури.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Левін Віктор Матвійович, професор кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій Донбаської державної академії будівництва і архітектури;

кандидат технічних наук, доцент

Твардовський Ігор Олександрович, доцент кафедри будівельної механіки Одеської державної академії будівництва та архітектури.

Провідна установа: Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра будівельних конструкцій та мостів, Міністерство освіти і науки України, м. Львів.

Захист відбудеться “ 10 ” червня 2003 р. о 1300 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01 в Одеській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “6” травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 41.085.01,

канд. техн. наук, доцент С.С.Макарова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При будівництві будівель та споруд найбільше застосування знайшли залізобетонні балочні конструкції, тому підвищення експлуатаційної надійності, зменшення витрат матеріалів на виготовлення та зниження їх собівартості має важливе народногосподарське значення. Особливістю залізобетонних конструкцій є можливість появи і розвитку в них тріщин, що з часом може призвести до корозії арматури і зниження або втрати несучої здатності окремими елементами чи всією конструкцією.

Методи розрахунку міцності похилих перерізів постійно удосконалюються з метою максимального зближення теорії з експериментом шляхом урахування нових досліджених факторів, які впливають на міцність похилих перерізів, або уточненням вже відомих. Однією з нещодавно виявлених властивостей бетону є його технологічна пошкодженість початковими тріщинами, яка належить до числа недостатньо вивчених явищ. Тому експериментально-теоретичні дослідження руйнування балок, напружено-деформованого стану бетону і міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що зазнають згину, з урахуванням неоднорідності матеріалу і розробка методики розрахунку похилих перерізів залізобетонних елементів є актуальною задачею.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідних робіт кафедри “Залізобетонні і кам’яні конструкції” на 1996-2000 р.р.: “Дослідження напруженого стану залізобетонних елементів, що згинаються, при урахуванні нелінійного закону деформування бетону” та на 2001-2005 р.р.: “Дослідження напружено-деформованого стану та розрахунок елементів пошкоджених залізобетонних конструкцій”.

Мета роботи: експериментально-теоретичне обґрунтування впливу технологічної пошкодженості бетону на роботу та розрахунок міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що зазнають згину.

Задачі досліджень:

– визначити закономірності формування технологічної пошкодженості в залізобетонних елементах залежно від насичення зразків поперечною арматурою, поздовжньою арматурою, форми поперечного перерізу;

– встановити вплив технологічної пошкодженості на міцність та деформації бетону;

– виявити характер утворення та розвитку тріщин в залізобетонних балках з постійною і змінною формами перерізу залежно від насичення зразків поперечною арматурою, поздовжньою арматурою, форми поперечного перерізу;

– визначити вплив технологічної пошкодженості бетону на несучу здатність залізобетонних згинальних елементів по похилим перерізам для балок з постійною і змінною формами поперечних перерізів;

– уточнити величину коефіцієнту fb4 на підставі факторів, що досліджуються.

Об’єкт дослідження: бетонні призми та залізобетонні балки.

Предмет дослідження: технологічна пошкодженість бетонних і залізобетонних конструкцій; розвиток тріщин та міцність похилих перерізів залізобетонних згинальних елементів з урахуванням технологічної пошкодженості бетону.

Методи дослідження. Визначення технологічної пошкодженості бетонних призм і залізобетонних балок з використанням розчинів таніну (Вировий В.М., Дорофєєв В.С., Макарова С.С., Абакумов С.А. Способ выявления трещин в бетонных и железобетонных конструкциях на неорганическом вяжущем. – Полож. реш. №5008907/33(059304) от 03-07.91). Метод механічного випробування зразків навантаженням з використанням електротензометрії, механічного способу вимірювання переміщень і фотофіксації схем тріщиноутворення та руйнування. Методи статистичної обробки експериментальних даних, порівняння і узагальнення теоретичних та експериментальних даних.

Наукова новизна отриманих результатів:

– встановлений та досліджений вплив на формування технологічної пошкодженості в залізобетонних елементах насичення зразків поперечною арматурою, поздовжньою арматурою, форми поперечного перерізу;

– визначені залежності міцністних та деформативних властивостей бетону від технологічної пошкодженості бетону;

– досліджений характер утворення і розвитку тріщин в залізобетонних балках з постійною і змінною формами перерізу залежно від насичення зразків поперечною арматурою, поздовжньою арматурою, форми поперечного перерізу;

– отримані залежності несучої здатності залізобетонних балок з постійною і змінною формами поперечних перерізів по похилим перерізам від технологічної пошкодженості бетону;

– запропоновані нові величини коефіцієнту fb4, що змінюються залежно від насичення зразків поздовжньою арматурою;

– запропонований спосіб розрахунку залізобетонних згинальних елементів по похилим перерізам для балок без хомутів, з перемінним по довжині поперечним перерізом, з ламаною нижньою гранню.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані в дисертації результати використовувались при проектуванні залізобетонних балочних конструкцій житлового будинку по вул. Тімірязєва, 35. Використання коефіцієнтів fb4, що пропонуються, дозволило зменшити їх матеріалоємкість на 8...10%. Матеріали дисертації використовуються в навчальному процесі по спеціальності “Промислове та цивільне будівництво” при виконанні курсових проектів, а також при підготовці спеціалістів і магістрів.

Особистий внесок здобувача. Особисто автором отримані наступні результати:

– визначений вплив на формування технологічної пошкодженості залізобетонних елементів кількості поперечної арматури, поздовжньої арматури, форми поперечного перерізу;

– досліджений вплив технологічної пошкодженості на міцність та деформації бетону;

– визначений характер утворення та розвитку тріщин в залізобетонних балках з постійною і змінною формами перерізу залежно від насичення зразків поперечною арматурою, поздовжньою арматурою, форми поперечного перерізу;

– отримані залежності несучої здатності залізобетонних згинальних елементів для балок з постійною і змінною формами поперечних перерізів по похилим перерізам залежно від технологічної пошкодженості бетону;

– отримані перемінні величини коефіцієнту fb4, які залежать від насичення зразків поздовжньою арматурою;

– запропонований спосіб розрахунку міцності похилих перерізів для залізобетонних згинальних елементів без хомутів з ламаною нижньою гранню.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися на симпозіумах “Реконструкция, восстановление и реставрация” (Одеса, 2000, 2001 р.р.), на науково-технічній конференції “Ресурсоекономні матеріали, будівлі та споруди” (Рівне, 2001 р.) та на щорічних конференціях Одеської державної академії будівництва та архітектури у 1999-2002 р.р.

Публікації. По темі дисертації опубліковано сім друкованих праць, в тому числі п’ять статей – в збірниках наукових праць, які є фаховими виданнями, дві статті – в збірниках наукових праць симпозіумів.

Структура дисертації. Робота складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел із 130 найменувань та додатків. Загальний обсяг дисертації складає 189 сторінок, в тому числі: 107 сторінок основного тексту, 33 сторінки з малюнками та таблицями, 14 сторінок списку літератури, 32 сторінки додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована необхідність проведення теоретичних і експериментальних досліджень технологічно пошкоджених бетонних зразків і залізобетонних елементів, що згинаються, сформульовані мета, задачі досліджень, наукова новизна та практичне значення роботи.

Розділ 1. Проаналізовані праці вітчизняних та зарубіжних вчених, присвячені дослідженням процесу твердіння бетону, механіці утворення і розвитку початкових тріщин в його структурі і факторів, що впливають на величину технологічної пошкодженості бетону. Розглянутий розвиток методів розрахунку міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що зазнають згину, з моменту перших досліджень цього питання до теперішнього часу.

Проблемі неоднорідності бетону, його пошкодженості початковими дефектами присвячені праці відомих вчених: Бабича Є.М., Барашикова А.Я., Вирового В.М., Гладишева Б.М., Гордона С.С., Гризлова П.С., Грушко І.М., Десова А.Є., Добуша І.М., Дорофєєва В.С., Зайцева Ю.В., Комохова П.Г., Левіна В.М., Лучко Й.Й., Мальцова К.А., Пака А.П., Ромаліс Н.Б., Соломатова В.І., Тамуж В.П., Холмянського М.М., Хсу Т.Т., та ін. Наведені вище роботи доводять, що під час твердіння такого складного матеріалу як бетон, поки що неможливо уникнути появи початкових тріщин, які порушують його структуру. Є можливість управління технологічною пошкодженістю бетону за рахунок зміни кількості та дисперсності наповнювача, а також технології виготовлення бетону. Оскільки початкові тріщини є невигідною і невід’ємною складовою частиною структури бетону, це явище потребує більш детального вивчення та врахування в розрахунках міцності. Необхідно також дослідити вплив конструктивних факторів на формування технологічної пошкодженості бетону.

Окреме важливе питання – розрахунки міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються. До перших досліджень міцності похилих перерізів відносяться роботи Мерша, Графа, Баха. Вивченню цього питання присвячені праці багатьох вітчизняних вчених: Бабича Є.М., Барабаша В.М., Берга О.Я., Боришанського М.С., Гвоздєва А.А., Дорофєєва В.С., Дорошевича Л.О., Зайцева В.М., Залєсова О.С., Зорича А.С., Ізотова Ю.Л., Ільїна О.Ф., Кельнера В.В., Клімова Ю.А., Клименка Ф.Є., Митрофанова В.П., Мурашова В.І., Римара Ю.Ї., Тітова І.А., Тихомирова С.А., Торяника М.С., Харченка А.В., Холмянського М.М., Шагіна О.Л. та ін. Аналіз цих робіт показав, що з початку свого розвитку методи розрахунку міцності похилих перерізів постійно вдосконалювалися шляхом привнесення уточнень за рахунок більш детального дослідження факторів, що впливають на несучу здатність похилих перерізів, або завдяки новим поглядам на цю проблему. Технологічна пошкодженість бетону в розрахунках міцності похилих перерізів балок, що зазнають згину, поки ще не враховується, тому необхідно проводити дослідження в цьому напрямку.

Розділ 2. Наведені характеристика дослідних зразків, методика визначення технологічної пошкодженості бетону та методика випробувань.

Для вивчення впливу технологічної пошкодженості бетону на роботу залізобетонних елементів по похилим перерізам були запроектовані, виготовлені та випробувані чотири серії дослідних зразків.

Балки перших трьох серій мали однаковий поперечний переріз 10х15 см, довжину 120 см. В межах кожної серії були різні схеми поперечного армування, але однакова кількість поздовжньої арматури, відповідно, 1,16; 1,67; 0,75% для балок серій А,Б,В (рис.1). Балки четвертої серії Г мали перемінний по довжині поперечний переріз, який зменшувався від 10х15 см в середині прольоту до 10х10 см в торцях балки. Схеми поперечного армування такі ж, як і в попередніх балках, кількість повздовжньої арматури – 0,75% (рис.2). Всі балки виготовлені з бетону одного складу. Дослідні балки при проектуванні розраховувались за методом граничного стану з таким розрахунком, щоб руйнування відбулося по похилому перерізу.

Для визначення характеристик бетону основних зразків були виготовлені допоміжні зразки: 35 призм розміром 10х10х40 см та 85 кубів з ребром 10 см з бетону того самого замісу. Призмова міцність бетону складала 24...27 МПа.

При дослідженні технологічної пошкодженості зразків зверталась увага на сіть поверхневих тріщин, які проявлялися за допомогою водних розчинів таніну. Пошкодженість балок технологічними дефектами визначалась за трьома методиками. На двох протилежних гранях балок були накреслені лінії: в зоні чистого згину – по три вертикальні, вздовж небезпечних похилих перерізів – по чотири похилих, та відокремлювались ділянки 15х15 см – в місцях розташування поперечної арматури та на границях з поперечною арматурою – для вивчення впливу конструктивних факторів на формування технологічної пошкодженості бетону.

Вздовж ліній та по площі ділянок 15х15 см відповідні коефіцієнти пошкодженості визначались діленням виміряної довжини тріщини на довжину відповідної лінії (Кнорм, Кпох) або на площу 15х15 см (Кпл). Отримані коефіцієнти наведені в табл.1.

Технологічна пошкодженість бетонних призм також визначалась за трьома методиками. На двох протилежних гранях призми проводились лінії: по висоті призми, по висоті перерізу призми та відокремлювалась ділянка 10х10 см. Коефіцієнти пошкодженості визначались аналогічно з балками – діленням довжини тріщини на довжину відповідної лінії чи на площу 10х10 см.

Залізобетонні балки випробувались на згин як однопрольотні (L0=1м), завантажені двома зосередженими силами, розташованими в третинах прольоту. Завантаження проводилося ступенями. Для визначення напружено-деформованого стану бетону під час

Таблиця 1

Коефіцієнти технологічної пошкодженості

залізобетонних балок

Марка балки | Кпох | Кнорм | Кпл | Кпл ар | Марка балки | Кпох | Кнорм | Кпл | Кпл ар

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10

А-Б1 | 0,95 | 1,12 | 1,18 | - | В-Б1 | 0,89 | 1,16 | 1,07 | -

А-Б2 | 0,94 | 1,11 | 0,91 | - | В-Б2 | 0,89 | 0,96 | 1,22 | -

А-БЗ | 1,14 | 1,07 | 1,31 | - | В-БЗ | 1,28 | 1,27 | 1,49 | -

А-Б4 | 1,01 | 1,34 | 1,29 | 1,42 | В-Б4 | 0,83 | 1,21 | 1,07 | 1,21

А-Б5 | 1,1 | 1,32 | 1,38 | 1,61 | В-Б5 | 1,14 | 1,26 | 1,39 | 1,64

Б-Б1 | 1,1 | 1,04 | 1,47 | - | Г-Б1 | 1,09 | 1,08 | 1,53 | -

Б-Б2 | 1 | 1,27 | 1,24 | - | Г-Б2 | 1,2 | 1,47 | 1,62 | -

Б-БЗ | 1,07 | 1,24 | 1,31 | - | Г-БЗ | 1,12 | 0,94 | 1,34 | -

Б-Б4 | 1,01 | 1,31 | 1,27 | 1,65 | Г-Б4 | 0,69 | 0,87 | 1,03 | 1,09

Б-Б5 | 1,21 | 1,21 | 1,43 | 1,31 | Г-Б5 | 1,15 | 1,28 | 1,72 | 1,75

випробувань використовувалися тензорезистори, які наклеювались на поверхню бетону в зоні чистого згину. Для визначення прогинів та осідання опор використовувалися індикатори годинникового типу з ціною поділки 0,01 мм (рис.3). Показання приладів знімались на початку та в кінці кожної ступені навантаження. Нагляд за появою і розвитком тріщин вівся за допомогою мікроскопу МПБ–2. Бетонні приз-ми випробувались ступінчатим навантаженням на стиснення. Для визначення деформацій бетону використовувалися тензорезистори та індикатори годинникового типу з ціною поділки 0,001 мм.

Розділ 3. Наведені результати досліджень деформацій та міцності бетону залежно від технологічної пошкодженості бетону, які були встановлені з експериментальних випробувань бетонних призм на стиснення.

Для більш детального вивчення впливу технологічної пошкодженості на деформативні властивості бетону були обрані три рівні, а саме: 0,25; 0,5; 0,75 від міцності бетону у віці 220 діб, що приблизно складало s=6,12 і 18 МПа. Завдяки отриманим за експериментальними даними графікам “напруження - деформації” були визначені величини повних та непружних деформацій стиснення і розтягу бетону, модуля пружності, модуля деформацій і коефіцієнту пружно-пластичних деформацій бетону для кожного з перелічених рівней напружень. Далі дослідні характеристики ставились в залежність від коефіцієнтів пошкодженості (К40, К10, Кпл) і, як виявилося, два з них К40 і Кпл дублюють один одного. Для продовження досліджень було вирішено залишити коефіцієнт пошкодженості К40.

При зростанні технологічної пошкодженості бетону деформації стиснення при І рівні напружень постійні, при ІІ рівні – збільшуються на 8%, при ІІІ – на 10% (рис.4). Деформації розтягу при І рівні практично не змінюються, при ІІ – зростають на 25%, при ІІІ – на 40%. Непружні деформації стиснення і розтягу при І, ІІ рівнях не змінюються, при ІІІ – вони зростають, відповідно, на 22 і 60%.

Модуль пружності бетону та його міцність при зростанні технологічної пошкодженості змінюються в межах 7%.

Як відомо, модуль деформацій бетону – величина перемінна, яка зменшується при зростанні рівня напружень, він також зменшується і при зростанні технологічної пошкодженості бетону: при І, ІІ рівнях – на 6%, при ІІІ – на 10% (рис.5).

Коефіцієнт пружно-пластичних деформацій бетону при І рівні, в середньому, не змінюється; при ІІ – зменшується на 5%; при ІІІ – на 7%.

Таким чином, технологічна пошкодженість впливає на деформативні властивості бетону, особливо при великих рівнях напружень.

Розділ 4. Наведений характер утворення, розвитку тріщин в залізобетонних балках, що зазнають згину, а також характер їх руйнування. Проаналізована величина відносної поперечної сили утворення похилих тріщин в дослідних зразках, залежно від факторів, що досліджуються.

Спільним для балок всіх серій було те, що перші вертикальні тріщини з’являлися в зоні чистого згину при навантаженнях (0,2...0,3)Mu, і на початкових етапах навантаження всі розвивалися по траєкторіям технологічних тріщин на висоту 2...3 см. При наступному збільшенні навантаження у характері утворення та розвитку тріщин в балках різних серій почалися відмінності. В балках серії В після тріщин, які утворилися в зоні чистого згину, з’являються нормальні тріщини в “прольоті зрізу”, які при наступному навантаженні розвиваються у напрямку до місця прикладання зосередженої сили. В балках серій А,Б,Г наступними після утворення нормальних тріщин в зоні чистого згину виникають похилі тріщини у середній частині перерізу балки. Вони розвиваються до місця прикладання зосередженої сили та опори. Руйнування балок відбувалося від роздроблення бетону стиснутої зони над вершиною похилої тріщини.

Аналіз величини поперечної сили, яка відповідає утворенню похилих тріщин показав, що при збільшенні кількості поперечної арматури в зоні чистого згину, відносна величина Qcrc / Rbt*b*ho у балках серій А,Б,В знижується, відповідно на 16, 18, 11%.

При зростанні в дослідних балках кількості поздовжньої арматури спостерігається збільшення величини Qcrc / Rbt*b*ho на 355% (рис.6). При збільшенні призмової міцності також відбувається зростання відносної величини поперечної сили тріщиноутворення на 243%.

Під час випробувань з’ясувалось, що при постійній величині “прольоту зрізу” відносна величина проекції похилої тріщини постійною не залишається, тому була проаналізована величина Qcrc / Rbt*b*ho залежно від co,exp/ho. При зростанні відносної довжини проекції похилої тріщини спостерігається зростання величини Qcrc / Rbt*b*ho на 304%.

При зростанні коефіцієнту Кпох спостерігається однаковий характер зменшення величини Qcrc / Rbt*b*ho для усіх трьох серій балок на 154%, сама величина відносної поперечної сили тріщиноутворення при збільшенні кількості поздовжньої арматури збільшується.

Розділ 5. Досліджується вплив на формування технологічної пошкодженості бетону кількості в зразках поперечної, поздовжньої арматури, форми поперечного перерізу. Приведений аналіз несучої здатності балок по похилим перерізам залежно від тих самих факторів.

Оскільки з усіх коефіцієнтів пошкодженості, що визначалися для балок, найбільший зв’язок з роботою балок по похилим перерізам мають коефіцієнти пошкодженості по похилим перерізам (Кпох) і по площі (Кпл), для досліджень були обрані саме вони.

При зростанні в балках кількості поперечної арматури коефіцієнти пошкодженості збільшуються: Кпох – на 15%, Кпл – на 13%. При зростанні кількості поздовжньої арматури вони також збільшуються: Кпох – на 9%, Кпл – на 10%. При зміні форми поперечного перерізу з постійної на перемінну, по довжині балки, коефіцієнти зростають: Кпох – на 7%, Кпл – на 20%. Тобто всі фактори, що досліджуються, впливають на формування технологічної пошкодженості бетону.

Після того, як були отримані експериментальні величини руйнівних навантажень для балок, проводилося їх порівняння з теоретичними, які визначалися по формулі (84) БНіП 2.03.01-84*.

Оскільки у БНіП немає розрахунку для визначення несучої здатності балок з перемінним поперечним перерізом і ламаною нижньою гранню, балки серії Г розраховувались також по формулі (84) БНіП 2.03.01-84*.

Порівняння експериментальних і теоретичних величин несучої здатності балок показало, що у ряді випадків мають місце розбіжності, які досягають 48% (табл.2).

Цей факт спонукав дослідити несучу здатність балок залежно від перерахованих вище факторів. Досліджувалася відносна величина несучої здатності балок Qb, exp /Rbt*b*ho та величина коефіцієнту fb4.

Для обох величин вплив схеми поперечного армування не має яскраво виявленої залежності через те, що для кожної серії балок цей вплив носить різний характер.

Таблиця 2

Експериментальна і теоретична несуча здатність залізобетонних балок по похилим перерізам з використанням коефіцієнтів fb4, що пропонуються

Марка

балки | Qb, exp, H | fb4БНіП | QbБНіП, Н | e,% | fb4проп | Qb, H

(fb4проп) | e ,%

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

А-Б1 | 2250 | 1,5 | 1600 | 28,9 | 1,8 | 1920 | 14,7

А-Б2 | 3500 | 1600 | 46,7 | 1920 | 36

А-Б3 | 2650 | 1520 | 42,6 | 1820 | 31,3

А-Б4 | 2900 | 1520 | 47,6 | 1820 | 37,2

А-Б5 | 1900 | 1520 | 20 | 1820 | 4,2

Б-Б1 | 2750 | 1600 | 41,8 | 2,2 | 2350 | 14

Б-Б2 | 2250 | 1520 | 32,4 | 2230 | 0,9

Б-Б3 | 2250 | 1520 | 32,4 | 2230 | 0,9

Б-Б4 | 3000 | 1600 | 46,7 | 2350 | 21,7

Б-Б5 | 3100 | 1600 | 48,4 | 2350 | 24,2

В-Б1 | 2000 | 1520 | 24 | 1,5 | 1520 | 24

В-Б2 | 2000 | 1520 | 24 | 1520 | 24

В-Б3 | 1540 | 1520 | 1,3 | 1520 | 1,3

В-Б5 | 1630 | 1520 | 6,7 | 1520 | 6,7

Г-Б1 | 1490 | 1250 | 16,1 | 1,7 | 1420 | 4,7

Г-Б2 | 1320 | 1100 | 16,7 | 1250 | 5,3

Г-Б3 | 1600 | 1250 | 21,9 | 1420 | 11

Г-Б4 | 1660 | 1100 | 33,7 | 1250 | 24,7

Г-Б5 | 1880 | 1250 | 33,5 | 1420 | 24,5

При зростанні в балках кількості поздовжньої арматури спостерігається зростання величини Qb, exp / Rbt*b*ho на 40%, коефіцієнту fb4 – в 2 рази (рис.7).

При зміні форми поперечного перерізу з постійної на перемінну, по довжині балки, величина відносної несучої здатності не змінюється, величина коефіцієнту fb4 – зростає в 3 рази.

При збільшенні призмової міцності дослідні величини змінюються в межах 50%.

При зростанні відносної довжини проекції похилої тріщини середні значення відносної несучої здатності балок збільшуються на 16%, коефіцієнту fb4 – в 3,5 рази.

При зростанні технологічної пошкодженості бетону величина Qb, exp / Rbt*b*ho в залежності від кількості поздовжньої арматури в балках серій А і Б – постійна, серії В – зменшується на 23%. Величини коефіцієнту fb4 також в залежності від кількості поздовжньої арматури зменшуються від 25 до 50%.

Під час аналізу експериментальних величин відносної поперечної сили тріщиноутворення, несучої здатності залізобетонних балок та величини коефіцієнту fb4 було встановлено, що з найбільшою вірогідністю з усіх досліджених факторів на них стабільно впливає кількість в балках поздовжньої арматури, окрім цього, вона впливає і на формування технологічної пошкодженості бетону. Шляхом статистичної обробки експериментальних даних були отримані перемінні значення коефіцієнту fb4, які залежать від кількості в балках поздовжньої арматури і складають: 1,5; 1,8; 2,2 для балок з кількістю поздовжньої арматури, відповідно, 0,75; 1,16; 1,67%. Результати розрахунків міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, які зазнають згину, з коефіцієнтами fb4, що пропонуються, наведені в табл.2.

У БНіП 2.03.01-84* розрахунок для залізобетонних балок з ламаною нижньою гранню, без хомутів, відсутній. На підставі проведених досліджень для їх розрахунку пропонується використовувати розрахунок, який рекомендує БНіП для балок з постійним поперечним перерізом без хомутів з коефіцієнтом fb4 =1,7.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Встановлена необхідність уточнення розрахунку залізобетонних балок по похилим перерізам для зниження їх вартості та матеріалоємкості.

2. Дослідженнями виявлено, що технологічна пошкодженість бетону впливає на роботу і розрахунок залізобетонних елементів по похилим перерізам.

3. На формування технологічної пошкодженості впливають кількість у балках поперечної, поздовжньої арматури, форма поперечного перерізу балок. При збільшенні кількості поперечної арматури коефіцієнт пошкодженості Кпох зростає на 15%, Кпл – на 13%. При збільшенні кількості поздовжньої арматури коефіцієнт Кпох збільшується на 9%, Кпл – на 10%. При зміні форми поперечного перерізу з постійної на перемінну, по довжині балки, середній коефіцієнт Кпох зростає на 7%, Кпл – на 20%.

4. Встановлений вплив технологічної пошкодженості бетону на величину повних та непружних деформацій стиснення і розтягу. Величини повних деформацій стиснення при зростанні технологічної пошкодженості збільшуються на 8...10%, деформації розтягу – на 25...40%, величини непружних деформацій стиснення змінюються в межах 9...22%, деформації розтягу – в межах 22...60%.

Величина модуля пружності залежно від технологічної пошкодженості бетону змінюється в межах 7%, модуля деформацій – до 10%.

При зростанні технологічної пошкодженості бетону спостерігається зниження коефіцієнту пружно-пластичних деформацій бетону та міцності призм до 7%.

5. Встановлено, що поперечна сила, яка відповідає утворенню похилих тріщин залежить від насичення зразків поперечною арматурою. У балках без поперечних стержнів на опорах тріщини з’являються при величині Qcrc, exp=0,25*Rbt*b*ho. У балках із стержнями в зоні чистого згину і на опорах – при Qcrc, exp=0,7*Rbt*b*ho.

При збільшенні у балках кількості поздовжньої арматури середні величини відносної поперечної сили тріщиноутворення зростають на 40%.

6. Вплив початкової пошкодженості на несучу здатність балок по похилим перерізам, в межах інтервалу технологічної пошкодженості, що досліджувався, пропонується описувати залежністю:

fb4=-16, 062(Кпох)2+33,682(Кпох)-16,489.

7. Встановлено, що на міцність балок по похилим перерізам найбільше впливає кількість у зразках поздовжньої арматури, тому пропонується коефіцієнт fb4 прийняти перемінним, залежним від кількості поздовжньої арматури, який буде змінюватись від 1,5 (при m=0,75%) до 2,2 (при m=1,67%).

8. Для балок з перемінним по довжині поперечним перерізом, без хомутів, при ms=0,0075 пропонується виконувати розрахунки міцності похилих перерізів за рекомендаціями БНіП для балок з постійним поперечним перерізом, без поперечної арматури з коефіцієнтом fb4=1,7.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Пушкар Н.В. Деформации технологически повреждённых бетонных призм. Вісник ОДАБА, вип. №5. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2001 р. – С. 106-109.

2. Баранік С.В., Пушкар Н.В. Несущая способность железобетонных балок при различном расположении арматуры. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Зб. наук. праць, вип. №7. Рівне, РДТУ, 2001р.– С. 113-119.

Внесок здобувача – виготовлення зразків, проведення експерименту, статистична обробка експериментальних даних, складання таблиць, формулювання висновків.

3. Пушкар Н.В. Влияние технологической повреждённости на физико-механические характеристики бетона. Зб. наук. праць, вип. №8. Рівне, РДТУ, 2002 р. – С. 25-30.

4. Пушкар Н.В. Характер образования и развития трещин в железобетонных изгибаемых элементах. Вісник ОДАБА, вип. №7. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2002 р. – С. 138-144.

5. Пушкар Н.В. Несущая способность железобетонных балок с постоянным и переменным по длине поперечным сечением. Вісник ОДАБА, вип. № 8. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2002 р. – С. 155-159.

6. Дорофєєв В.С., Левченко М.В., Пушкар Н.В. Несущая способность технологически повреждённых железобетонных балок. Вісник ОДАБА, вип. №2. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2000 р. – С. 16-19.

Внесок здобувача – виготовлення зразків, проведення експерименту, обробка отриманих результатів.

7. Пушкар Н.В. Деформации железобетонных балок при различном насыщении поперечной арматурой. Вісник ОДАБА, вип. №3. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2001 р. – С. 144-146.

Анотація

Пушкар Наталя Володимирівна. Технологічна пошкодженість та робота залізобетонних згинальних елементів по похилим перерізам. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2003 р.

У дисертації розглядаються експериментальні та теоретичні дослідження роботи технологічно пошкоджених бетонних призм при стисненні і залізобетонних елементів при згині.

Визначений вплив на формування технологічної пошкодженості конструктивних факторів: насичення зразків поперечною, поздовжньою арматурою, форми поперечного перерізу.

Встановлений вплив технологічної пошкодженості на міцність та деформації бетону.

Досліджений характер утворення і розвитку тріщин у технологічно пошкоджених залізобетонних елементах, що зазнають згину, залежно від насичення зразків поперечною, поздовжньою арматурою, форми поперечного перерізу, технологічної пошкодженості, а також міцність похилих перерізів залежно від тих самих факторів.

Для розрахунку міцності похилих перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, запропоновані нові перемінні величини коефіцієнту fb4, які залежать від кількості у балках поздовжньої арматури, також запропонована методика розрахунку міцності похилих перерізів для балок з перемінним поперечним перерізом, ламаною нижньою гранню, без хомутів.

Ключові слова: бетон, залізобетон, елементи, що зазнають згину, технологічна пошкодженість бетону, міцність, похилі перерізи, розрахунок.

Аннотация

Пушкарь Наталия Владимировна. Технологическая повреждённость и работа железобетонных изгибаемых элементов по наклонным сечениям. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по

специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения. – Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2003 г.

Содержание диссертации

Введение. Обоснованы актуальность, задачи исследования, научная новизна, практическое значение работы, дана её общая характеристика.

Раздел 1. Приведен обзор выполненных работ, посвящённых исследованиям процессов твердения бетона, механики образования и развития начальных трещин в его структуре и факторов, влияющих на величину технологической повреждённости бетона. Рассмотрены этапы развития методов расчёта прочности наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов с момента первых исследований до нашего времени. На данном этапе технологическая повреждённость бетона в расчётах прочности наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов не учитывается. В связи с этим поставлены задачи дальнейшего исследования прочности наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов с учётом технологической повреждённости бетона.

Раздел 2. Представлена характеристика экспериментальных образцов – бетонных призм и железобетонных балок. Приведены методики определения их технологической повреждённости, методика проведения испытаний. Призмы испытывались на сжатие для определения влияния технологической повреждённости на прочностные и деформативные свойства бетона. Железобетонные балки испытывались на изгиб двумя сосредоточенными силами, приложенными в третях пролёта, для изучения характера образования, развития трещин под нагрузкой и разрушения балок в зависимости от насыщения образцов поперечной, продольной арматурой, формы поперечного сечения, технологической повреждённости бетона. Представлена методика исследования образцов в процессе испытания.

Раздел 3. Проведен анализ результатов экспериментальных исследований бетонных призм на сжатие. Для более детального исследования были выбраны три уровня: 0,25; 0,5; 0,75 от прочности бетона в возрасте 220 сут. На основании экспериментальных данных были получены графики “напряжения-деформации”, исходя из которых определялись: величины полных и неупругих деформаций сжатия и растяжения бетона, модуля упругости, модуля деформаций и коэффициента упруго-пластических деформаций бетона для каждого уровня напряжений. Далее каждая характеристика ставилась в зависимость от технологической повреждённости бетона, благодаря чему удалось установить влияние повреждённости бетона (в исследуемых пределах) на деформативные свойства бетона.

Раздел 4. Представлен характер образования, развития трещин в железобетонных изгибаемых элементах, а также характер их разрушения. Общей особенностью для балок всех серий было то, что первые нормальные трещины появлялись в зоне чистого изгиба при нагрузках (0,2…0,3)Ми, и на начальных этапах загружения они повторяли траектории технологических трещин. Разрушение балок происходило от раздробления бетона над вершиной наклонной трещины. Проанализирована величина относительной поперечной силы трещинообразования наклонных трещин в зависимости от насыщения образцов поперечной, продольной арматурой, технологической повреждённости бетона. Установлено, что наибольшее влияние на её величину оказывает насыщение балок продольной арматурой.

Раздел 5. Исследовано влияние конструктивных факторов на формирование технологической повреждённости бетона. Установлено, что все изучаемые в работе факторы: насыщение образцов поперечной, продольной арматурой, форма поперечного сечения оказывают влияние на величину технологической повреждённости бетона. Проведен анализ относительной несущей способности балок и коэффициента fb4 в зависимости от исследуемых факторов. Выявлено, что наиболее стабильное влияние на их величины оказывает степень насыщения образцов продольной арматурой, и, поскольку этот фактор влияет и на формирование технологической повреждённости, предлагается для расчёта прочности наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов без поперечной арматуры использовать новые переменные значения коэффициента fb4, зависящие от количества в балках продольной арматуры. Также предлагается методика расчёта прочности наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов с переменным по длине поперечным сечением, ломаной нижней гранью, без поперечной арматуры.

В выводах приведены результаты экспериментальных исследований прочностных и деформативных свойств бетона в зависимости от его технологической повреждённости, результаты экспериментальных и теоретических исследований трещиностойкости и прочности наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов в зависимости от исследуемых факторов, представлены предлагаемые значения величины коэффициента fb4.

Ключевые слова: бетон, железобетон, изгибаемые элементы, технологическая повреждённость бетона, прочность, наклонные сечения, расчёт.

Annotation

Pushkar N. V. Technological injure and operation of reinforced-concrete curved members on inclined sections. - Manuscript.

Thesis on a scientific degree of the Candidate of Engineering Science on a speciality 05.23.01 - Building constructions, building and structures. – Odessa State Academy of Building and Architecture, Odessa, 2003.

In the thesis the results of experimental research on influence of design factors on forming

of technological injure: the degree of saturation of the longitudinal and cross-cut reinforcement models and cross-section profile.

The influence of technological injure on strength and deformation of property of concrete is defined.

The nature of formation and progressing of fractures in technologically injured reinforced-concrete curved members depending on degree of models saturation with a longitudinal and cross reinforcement on cross-section profile, technological injure as well as hardness of inclined sections depending on the same factors are investigated.

For strength calculation of inclined sections of reinforced-concrete curved members the new variable values of coefficients fb4 depending on the amount of a longitudinal reinforcement ingirders are offered, as well as the method of application of strength calculation of inclined sections for girders with a variable cross-section curved by an edge without clamps is offered.

Keywords: concrete, reinforced concrete, curved members, technological injure of concrete, hardness, inclined sections, account.