ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

БОГДАНОВ ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 624.012.46

ЗБІРНІ ЗАЛІЗОБЕТОННІ згинальні ЕЛЕМЕНТИ З

ДВоХеТАПНиМ ЛОКАЛЬНим ПОПЕРЕДНім НАПРУженням

Спеціальність 05.23.01 - будівельні конструкції,

будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2007

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор

Шагін Олександр Львович,

Харківський державний технічний

університет будівництва та архітектури,

завідувач кафедри залізобетонних

і кам'яних конструкцій.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Корсун Володимир Іванович,

Донбаська національна академія

будівництва та архітектури,

завідувач кафедри залізобетонних

конструкцій;

кандидат технічних наук, доцент

Ватуля Гліб Леонідович,

Українська державна академія

залізничного транспорту,

доцент кафедри будівельної механіки

та гідравліки.

Захист відбудеться “27” грудня 2007 р. о 13-00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.04 Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий “27” листопада 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованого вченої ради,

к.т.н., доцент Костюк Т.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збірні попередньо напружені залізобетонні згинальні елементи складають основний обсяг продукції, що випускається підприємствами будіндустрії України. Рівень обтиснення збірних згинальних елементів при різних способах попереднього напруження, у тому числі і локального, обмежений умовою неутворення тріщин у майбутній (в експлуатації) стиснутій зоні, що знижує припустимий рівень обтиснення. З метою запобігання появи тріщин у стиснутій зоні звичайно передбачається установка додаткової ненапружуваної, а в деяких випадках напружуваної арматури, що підвищує енергетичні і фінансові витрати, збільшує витрати металу. Тому підвищення рівня обтиснення локально попередньо напружених збірних згинальних елементів без додаткових витрат є важливим і актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана відповідно до тематики наукових досліджень, які проводяться кафедрою залізобетонних та кам'яних конструкцій Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури в рамках тематичного плану МОН України, тема: “Локальне попереднє напруження сталезалізобетонних і залізобетонних конструкцій” (номер держреєстрації 0106U012651).

Мета роботи – створення збірних залізобетонних згинальних елементів з двохетапним локальним попереднім напруженням, методики їхнього розрахунку з урахуванням фізичної і геометричної нелінійності.

Задачі дослідження:

1. Розробити збірні залізобетонні локально попередньо напружені згинальні елементи з високим рівнем обтиснення.

2. Запропонувати методику розрахунку залізобетонних збірних згинальних елементів з двохетапним локальним попереднім напруженням, яка враховує нелінійну деформаційну розрахункову модель, геометричну нелінійність.

3. Розробити методику розрахункового визначення раціонального співвідношення кількості напружуваної і ненапружуваної арматури в локально обтиснутих залізобетонних згинальних елементах із запропонованим типом змішаного армування.

4. Експериментально дослідити закономірності деформування і руйнування елементів з двохетапним локальним попереднім напруженням, порівняти отримані дані з результатами розрахунку за розробленою методикою.

5. Впровадити результати даної дисертаційної роботи.

Об'єкт дослідження – залізобетонні однопрольотні балки з двохетапним локальним попереднім напруженням.

Предмет дослідження - закономірності деформування і руйнування залізобетонних збірних згинальних елементів, двохетапно обтиснутих і не обтиснутих, з різними співвідношеннями площ напружуваної і ненапружуваної арматур; вплив рівня обтиснення елементів на їхню роботу під навантаженням.

Методи досліджень - поєднання розробки методики розрахунку на основі використання методу граничної рівноваги, нелінійної деформаційної розрахункової моделі з проведеними експериментальними дослідженнями.

Наукову новизну результатів даної дисертаційної роботи складають:

- розроблена методика розрахунку двохетапно локально попередньо напружених залізобетонних згинальних елементів;

- виявлений ступінь впливу співвідношення площ напруженої і ненапруженої арматур на роботу локально обтиснутих згинальних елементів із запропонованим типом змішаного армування;

- принципи двохетапного локального обтиснення збірних залізобетонних згинальних елементів;

- експериментально встановлені закономірності роботи запропонованих конструкцій на різних стадіях навантаження, включаючи стадію вичерпання несучої здатності;

- розроблена методика визначення несучої здатності локально попередньо напружених у два етапи залізобетонних балок з урахуванням фізичної і геометричної нелінійності.

Практична значимість роботи полягає в тому, що її результати відкрили можливість підвищення рівня попереднього напруження збірних залізобетонних згинальних елементів, що виготовляються безпосередньо на будівельних майданчиках або в заводських умовах, без збільшення енергетичних, матеріальних і фінансових витрат, без використання спеціального устаткування. Розроблена методика розрахунку дозволяє раціонально проектувати залізобетонні згинальні елементи з двохетапним локальним попереднім напруженням.

Результати даної роботи використані в проектній пропозиції по удосконаленню конструкцій великопанельних 9-поверхових будинків серії 182 (“Мобіль”), що будуються в м. Харкові, у реконструкції “Харківського коксового заводу”, а також у навчальному процесі.

Особистий внесок дисертанта:

- запропоновані та апробовані принципи здійснення двохетапного локального попереднього напруження залізобетонних конструкцій;

- проведені експериментальні дослідження однопрольотних залізобетонних балок, локально попередньо напружених у два етапи;

- розроблено методику визначення раціонального співвідношення площ напруженої і ненапруженої арматур у перерізі локально обтиснутих балок;

- оцінені величини втрат напружень при локальному попередньому обтисненні;

- участь у впровадженні результатів роботи.

Апробація роботи. Основні положення, результати експериментальних, теоретичних досліджень і виконаних розробок доповідались на 60-й (2005 р.) і 61-й (2006 р.) науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, Міжнародних конференціях “Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд” (Харків, 2006р., 2007р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 робіт, з них 7 у виданнях, рекомендованих ВАК України. Отримано патент України №79885 “Спосіб виготовлення локально попередньо напружених збірних залізобетонних елементів”, 2007 р.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел з 140 найменувань. Загальний обсяг складає 139 сторінок, у тому числі 131 сторінку основного машинописного тексту, 86 малюнків, 3 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ.

У вступі обґрунтована актуальність проведення теоретичних і експериментальних досліджень, розробок по створенню залізобетонних локально попередньо напружених у два етапи згинальних елементів з високим рівнем обтиснення та зниженими енергетичними, матеріальними і фінансовими витратами; визначені мета, задачі роботи, її наукова новизна і практичне значення; приведені дані про апробацію і публікацію матеріалів дисертації.

У першому розділі представлений аналіз різних способів обтиснення залізобетонних конструкцій, методик розрахунку конструкцій зі змішаним армуванням. У дослідження попередньо напружених конструкцій, створення теорії їхнього розрахунку внесли великий вклад Бердичєвський Г.І., Гвоздєв О.О., Голишев О.Б., Гнідець Б.Г., Михайлов В.В., Михайлов К.В. та ін. Розробці залізобетонних згинальних елементів зі змішаним армуванням - частковим попереднім напруженням, присвячені роботи Бабича Є.М., Барашикова А.Я., Маїляна Р.Л., Шагіна О.Л. та ін. У розвиток сучасної нелінійної теорії залізобетону внесли вклад Бамбура А.Н., Бондаренко В.М., Карпенко Н.І., Клімов Ю.А., Клованич С.Ф., Корсун В.І., Лучковський І.Я., Роговий Р.С., Фомін С.Л., Шмуклер В.С. та ін.

Існує досить велика кількість способів попереднього напруження, однак їхня реалізація пов'язана з істотними енергетичними витратами, використанням спеціального устаткування та оснащення. На відміну від них, спосіб локального попереднього напруження передбачає обтиснення елемента не по всій довжині конструкції, а безпосередньо в зоні дії максимальних згинальних моментів, відтягування арматури виконується вручну (за допомогою ручного гвинтового домкрата) шляхом вертикального відтягування арматури.

Виконаний аналіз стану питання дозволив сформулювати задачі даної роботи.

У другому розділі представлена запропонована конструкція залізобетонного згинального двохетапно локально попередньо напруженого елемента з високим рівнем обтиснення.

Локальне попереднє напруження використовувалося в першу чергу в монолітних залізобетонних конструкціях, де завдяки досить великій власній масі небезпека утворення тріщин у майбутній (в експлуатації) стиснутій зоні від попереднього обтиснення порівняно мала.

Застосування локального обтиснення для збірних елементів зв'язано з небезпекою утворення тріщин від попереднього напруження в майбутній стиснутій зоні. Для запобігання зазначеного необхідно обмежувати рівень натягування, що не дозволяє ефективно використовувати напружувану арматуру.

З метою створення збірних локально попередньо напружених балок з високим рівнем натягування пропонується у зв'язку з можливістю доступу до розташованої в пазі напружуваної арматури натягування здійснювати в два етапи. Новизна даного способу підтверджена отриманим патентом України №79885.

На першому етапі виконується локальне обтиснення конструкції (рис.1) до рівня напружень в арматурі . Обмеження рівня обтиснення на першому етапі обумовлено неприпустимістю утворення тріщин у майбутній стиснутій зоні. При цьому підвищується тріщиностійкість розтягнутої зони, що грає позитивну роль при сприйнятті впливів, які виникають у процесі транспортування і монтажу.

Розташування паза з напружуваною арматурою вибирається виходячи з умов формирування конструкції та її попереднього напруження. Зазначене важливо у випадку виготовлення конструкції та її обтиснення у заводських умовах.

Локальне попереднє напруження здійснюється відтягуванням розташованої в пазу арматури нагору. При цьому конструкція знаходиться в перевернутому положенні, що є технологічним, більш зручно встановлювати упор, який фіксує відтягнуте положення напружуваної арматури.

Рис.1. Схема силових впливів на балку після першого етапу

натягування арматури і фіксації її положення упором

З метою забезпечення можливості підвищення рівня локального обтиснення залізобетонна конструкція, яка попередньо напружена на першому етапі на заводі і доставлена на будівельний майданчик, монтується в проектне положення і завантажується власною вагою елементів, що спираються на неї, (рис.2).

При цьому сумарна величина напружень, викликаних навантаженням від ваги конструкцій, що спираються, і першого етапу обтиснення не повинна викликати утворення тріщин уже в розтягнутій зоні.

Додаткове зовнішнє навантаження збільшує значення стискаючих напружень у стиснутій зоні.

У той же час з ростом навантаження збільшується зусилля в упорі та в напруженій арматурі. При цьому необхідно приймати до уваги, що навантаження від власної ваги конструкцій, що спираються, входить у подальших розрахунках як частина загального навантаження, яке діє на конструкцію.

Потім переходять до другого етапу локального попереднього обтиснення. Оскільки напруження в напружуваній арматурі після першого етапу складають , можливо дотягти їх до рівня так само за допомогою ручного гвинтового домкрата. Для цього домкрат встановлюється поруч з упором 1 і захоплює напружувану арматуру. Відтягнуте положення фіксується упором 2, що розташовується в середині довжини паза, після чого домкрат знімається (рис.2).

Рис.2. Схема силових впливів на балку після монтажу плит

і другого етапу локального обтиснення

Можливі два варіанти конструктивного рішення запропонованого згинального елементу.

Відповідно до першого паз заповнюється бетоном. У цьому випадку балка являє собою зовні статично визначену систему – залізобетонний згинальний елемент з частковим попереднім напруженням, тобто формирується залізобетонна конструкція з нетрадиційним видом змішаного армування.

Відповідно до другого варіанта паз зашпаровується деформативним розчином, що забезпечує роботу напруженої арматури за схемою шпренгельного підкріплення.

На підставі отриманих обробкою результатів експериментальних досліджень міцності і деформативності розчинів розроблена методика розрахункової оцінки виконання умови ефективності спільної роботи розчину і розміщеної в пазу кількості і класу арматури. У пазу нижній захисний шар виконується з важкого бетону.

Ненапружувана арматура в складі каркасів розташовується в стінках паза (рис.2). Поперечні стержні каркасів беруть участь у забезпеченні міцності конструкції по похилих перерізах.

Запропонована методика визначення параметрів двохетапного локального попереднього напруження, що дозволяє визначати необхідну величину стрілки відтягування арматури, значення напружень на кожному етапі натягування.

Розроблена методика призначення довжини паза базується на виконанні умови неутворення тріщин на всій довжині конструкції.

У запропонованій конструкції у якості напружуваної арматури (рис.2) доцільно використовувати високоміцну арматуру, а в якості ненапружуваної – арматуру підвищеної міцності классу А500С.

Поперечні стержні можуть з'єднуватися з подовжніми стержнями за допомогою зварювання.

Встановлено, що втрати напружень внаслідок деформацій обтиснення, повзучості, усадки бетону при локальному обтисненні менше, ніж при традиційних способах попереднього напруження.

Третій розділ присвячений розробці методики розрахунку збірного залізобетонного згинального елементу з двохетапним локальним попереднім напруженням.

Розвиток напружено-деформованого стану запропонованих згинальних елементів включає наступне:

- перший етап локального попереднього обтиснення до рівня напружень у відтягнутій арматурі з розрахунковою перевіркою умови неутворення тріщин у майбутній стиснутій зоні

; (1)

- далі завантаження локально обтиснутої конструкції власною вагою елементів, що спираються на неї, до досягнення значення напружень в напружуваній арматурі з перевіркою умови неутворення тріщин вже у розтягнутій зоні

; (2)

- другий етап локального попереднього напруження до досягнення в напружуваній арматурі значення напружень ;

- завантаження конструкції в експлуатації аж до руйнування.

На рис.3 представлена схема зусиль в локально попередньо напруженій балці при дії рівномірно розподіленого навантаження (випадок зашпаровування паза деформативним розчином).

Розроблена методика розрахунку локально попередньо напруженої залізобетонної балки.

Рис.3. Розрахункова схема локально обтиснутої балки, завантаженої рівномірно

розподіленим навантаженням

Напружено-деформований стан при впливі конкретного навантаження оцінюється методом послідовних навантажень з урахуванням фізичної та геометричної нелінійності.

З метою організації процесу послідовного перебору навантажень для оцінки напружено-деформованого стану, що виникає при дії навантаження , її величина розбивається на частин.

Довжина похилої ділянки напружуваної арматури у результаті дії кроку навантаження , яке буде використовуватися для наступного кроку навантаження , складає

(3)

де і - довжина похилої ділянки і деформації напружуваної арматури, які відповідні дії навантаження .

Так як величина горизонтальної проекції зазначеної похилої ділянки постійна, у деформованій схемі конструкції для наступного навантаження величина стрілки підраховується по залежності

, (4)

де - поточний номер навантаження.

Для кожного кроку навантаження методом сил підраховуються величини згинального моменту , зусилля в напружуваній арматурі , відповідно для наступного кроку навантаження визначаються значення жорсткості балкової частини , модуля деформації напружуваної арматури і деформації арматури, тобто величини, які приймаються для розрахунку на дію наступного навантаження , але прикладеної до конструкції з уточненими за результатами розрахунку на дію навантаження

жорсткісними параметрами і геометрією шпренгельного підкріплення.

Таким чином, геометрична нелінійність враховується корегуванням деформованої схеми конструкції, фізична нелінійність – уточненням величини жорсткості балки і модуля деформації напружуваної арматури.

Розроблена методика розрахункового визначення руйнівного навантаження для залізобетонної балки, локально обтиснутої в два етапи, яка побудована на поєднанні методу граничної рівноваги і нелінійної деформаційної розрахункової моделі.

Запропонована конструкція, яка складається з залізобетонної балки, що обтиснута шпренгельним підкріпленням, є зовні один раз статично невизначеною.

Приймається, що в граничному стані в елементах конструкції одночасно деформації бетону відповідають максимальному значенню на спадній гілці діаграми “ ”, деформації напружуваної і ненапружуваної арматур досягають текучості .

Умова граничної рівноваги для розглянутої однопрольотної конструкції дозволяє одержати залежність для визначення величини руйнівного рівномірно розподіленого навантаження

, (5)

- несуча здатність перерізу безпосередньо залізобетонної частини конструкції, що визначається з використанням нелінійної деформаційної розрахункової моделі;

- відстань від точки виходу напружуваної арматури в паз до фізичної осі перерізу балки;

- кут нахилу напружуваної арматури до осі балки в умовах граничної рівноваги.

Довжина похилої ділянки напружуваної арматури в умовах граничної рівноваги

, (6)

де - деформація напружуваної арматури, відповідна стану граничної

рівноваги;

У стані граничної рівноваги величина зусилля обтиснення відповідає деформаціям текучості напружуваної арматури і складає

, (7)

Величина дозволяє врахувати деформовану схему шпренгельного підкріплення в момент вичерпання несучої здатності.

Визначені раціональні співвідношення площ напружуваної і ненапружуваної арматур для балок, локально обтиснутих арматурою, яка виконує функ-

цію шпренгельного підкріплення.

Встановлено, що при збільшенні частки напружуваної арматури при однаковій сумарній кількості напружуваної і ненапружуваної арматур величина руйнівного навантаження зростає.

Четвертий розділ присвячений експериментальним дослідженням, мета яких складалася у встановленні закономірностей деформування і вичерпання несучої здатності залізобетонних локально попередньо напружених у два етапи згинальних елементів з різним армуванням.

У зв'язку з зазначеною метою були виготовлені і випробувані 3 серії залізобетонних балок. Перша серія “Б” являла собою ненапружувані балки суцільного перерізу (рис.4).

Рис.4. Конструкції балок серій “Б”, “БН-1” і “БН-2”

Зразки серії “БН-1” і “БН-2” виготовлялися локально попередньо напруженими. При бетонуванні в балках улаштовувалися пази для розміщення в них напружуваної арматури (рис.4).

В усіх випробуваних зразках поперечне армування виконано з арматури 3 мм класу Вр-I, крок хомутів в напружуваних балках прийнятий аналогічним армуванню ненапружуваних балок.

Подовжнє армування балок усіх серій було підібрано таким чином, що при різних комбінаціях значень діаметрів і форм перерізів стержнів сумарна площа напружуваної і ненапружуваної арматур залишалася постійною (табл.1).

Таблиця 1

Значення площ робочої арматури випробуваних балок

Серія

Арматура“ | Б”“ | БН-1”“ | БН-2”

, мм2 | 38=150,72 | 28=100,48 | 25=39,25

, мм2– | | 8=50,24 | 12=113,04

, мм2 | 150,72 | 150,72 | 152,29

Примітка: - площа нижньої подовжньої ненапружуваної арматури; - площа напружуваної арматури; - сумарна площа арматури.

Навантаження балок здійснювалося гідравлічним домкратом ДГ-10, тиск у ньому створювався пересувною насосною станцією ПНСР-400. Домкрат встановлювався на двогілкову траверсу і через неї передавав навантаження на балку (рис.5).

Рис.5. Схема навантаження балки і розміщення вимірювальних приладів

Конструкція, яка випробувалася, завантажувалася двома зосередженими силами, переданими через гілки траверси. Перша гілка являла собою жорсткий сталевий елемент, а в другу був вмонтований динамометр “C-1”. Між двох гілок траверси, у зоні чистого вигину, на балці були встановлені рівномірно розміщені по висоті перерізу тензодатчики для вимірювання деформацій бетону. Також на бетон стиснутої зони був встановлений тензометр Гугенбергера на базі 60 мм.

Крім того, тензометрами Гугенбергера на базі 20 мм вимірялися деформації нижньої подовжньої робочої арматури в зоні чистого вигину і деформації напружуваної арматури.

Попереднє напруження балок серій “БН-1” і “БН-2” здійснювалося в два етапи. Випробування кожної напружуваної балки починалося з першого етапу натягування арматури до рівня .

Далі починався процес завантаження конструкції етапами по 2 Кн двома зосередженими силами (рис.6). При сумарному навантаженні 8 Кн припинялося зростання тиску в гідравлічному домкраті і починався другий етап попереднього напруження.

Наступне натягування внаслідок збільшення вертикального зусилля обтиснення призводило до збільшення загального навантаження на конструкцію, про що свідчили показання динамометра, встановленого на траверсі. Для підтримки постійного рівня навантаження скидалася подача мастила через насосну станцію в гідравлічний домкрат на вихідний рівень завантаження. Далі продовжувався процес навантаження конструкції етапами 2 Кн.

Рис.6. Загальний вид випробування залізобетонної балки з двохетапним

локальним попереднім напруженням

Балки випробувалися до рівня навантаження, при якому на верхній грані конструкції утворювалася лещадка, зростання навантаження ставало не можливим. Такий стан приймався як стадія руйнування і навантаження завершувалося.

Отримані у випробуваннях результати наведені в табл.2, з якої видно, що збільшення частки напружуваної арматури стосовно ненапружуваної призводить до збільшення руйнівного навантаження при рівній сумарній кількості арматури.

Середнє значення величини руйнівного навантаження конструкцій з напружуваною арматурою 8 мм зросло на 5%; у конструкцій з напружуваною арматурою 12 мм - на 13% у порівнянні з величинами руйнівних навантажень у звичайних балок з тією ж сумарною кількістю арматури (рис.7).

Таблиця 2

Значення руйнівних навантажень

Марка

зразка | Руйнівне навантаження, кН | Відхилення величин руйнівних навантажень, %

отримане

експериментально | отримане

розрахунком

Б-1-1 | 16,16 | 16,43 | 1,6

Б-1-2 | 16,97 | 16,43 | 3,3

БН-1-1 | 18,66 | 17,25 | 8,2

БН-1-2 | 18,06 | 17,25 | 4,5

БН-2-1 | 21,04 | 18,82 | 11,8

БН-2-2 | 20,26 | 18,82 | 7,6

Виявлене збільшення руйнівного навантаження обумовлено тим, що напружувана арматура при даному конструктивному рішенні працює за схемою шпренгельного підкріплення. З ростом площі поперечного перерізу арматури, що напружується, роль шпренгеля зростає.

У ході експерименту встановлено, що локальне попереднє напруження підвищило величину навантаження тріщиноутворення (рис.8): у балок з напружуваною арматурою 8 мм - у 2,0 рази; у балок з напружуваною арматурою 12 мм - у 2,8 рази в порівнянні зі зразками без обтиснення.

Рис.7. Вплив співвідношення кількості напружуваної і сумарної арматур на величину руйнівного навантаження | Рис.8. Вплив співвідношення кількості напружуваної і сумарної арматур на величину навантаження тріщиноутворення

У проведених експериментальних дослідженнях виявлені закономірності деформування арматури, що напружується, при двохетапному обтисненні і наступному навантаженні (рис.9). Деформації арматури шпренгельного підкріплення зростають не тільки в результаті натягування ручним гвинтовим домкратом, але і під навантаженням, що створює додаткове обтиснення конструкції.

Рис.9. Закономірності деформування напружуваної арматури

Характерними є результати вимірювання величин деформацій ненапружуваної арматури. З графіків, представлених на рис.10, видно, що в процесі здійснення першого етапу локального обтиснення деформації ненапружуваної арматури, розташованої в суцільних ребрах паза, були стискаючими. При прикладанні навантаження напружувана арматура почала працювати на розтягнення. У результаті другого етапу попередньго напруження виникли деформації стиску в ненапружуваній арматурі. Із збільшенням навантаження продовжувалася робота ненапружуваної арматури на розтягнення, яке завершилося її текучістю.

Рис.10. Зміна деформацій ненапруженої арматури

Застосування двохетапного попереднього напруження дало можливість досягти деформацій текучості в напружуваній арматурі на стадії руйнування. У стиснутій зоні бетону руйнування характеризувалося утворенням лещадок. Величини деформацій ненапружуваної арматури так само вказують на досягнення текучості. Перераховане є обґрунтуванням можливості побудови методики визначення руйнівного навантаження на основі використання методу граничної рівноваги.

П'ятий розділ присвячений визначенню галузей і перспектив раціонального застосування розроблених залізобетонних згинальних елементів з двохетапним локальним попереднім напруженням.

Результати даної роботи впроваджені в проектному рішенні по удосконалюванню великопанельних будівель серії 182 типу “Мобіль”, при реконструкції Харківського коксового заводу, в навчальному процесі.

Виконані роботи підтвердили технологічність і ефективність розроблених конструкцій.

ВИСНОВКИ

1. Запропоноване двохетапне локальне попереднє напруження збірних залізобетонних згинальних елементів забезпечує досягнення високого рівня обтиснення конструкції без використання додаткового армування, попереднього напруження майбутньої (в експлуатації) стиснутої зони, що знижує витрати арматури, трудові, енергетичні і фінансові витрати, не вимагає силових опалубних форм.

2. Встановлено, що ефективність розробленого двохетапно локально обтиснутого елемента підвищується застосуванням запропонованого змішаного армування нетрадиційного типу, при якому напружувана арматура, що утворює шпренгельне підкріплення збірної залізобетонної балки, розташовується в пазу, довжина якого підбирається розрахунком з умови неутворення тріщин на всій довжині конструкції. Ненапружувані арматурні стержні зі сталі А500С в складі зварених каркасів, що забезпечують міцність по похилих перерізах, розташовуються в стінках паза з продовженням у суцільних зонах конструкції і доведенням до опор.

3. Виконані розрахунки і проведені експерименти показали, що запропоноване змішане армування за рахунок роботи напружуваної арматури по шпренгельній схемі підвищує несучу здатність у порівнянні з аналогічним показником залізобетонної балки без обтиснення на 5…13% при однаковій сумарній кількості робочої арматури.

4. Передбачений перший етап натягування напружуваної арматури, що складає , забезпечує запобігання утворення тріщин у розтягнутій (в експлуатації) зоні при транспортуванні, монтажі і навантаженні власною вагою перекриття.

5. Розроблена методика визначення руйнівного навантаження запропонованої конструкції з напружуваним шпренгельним підкріпленням, яка побудована на спільному використанні методу граничної рівноваги і нелінійної розрахункової деформаційної моделі, урахуванні деформованої схеми.

6. Проведені експериментальні дослідження показали, що двохетапне локальне попереднє напруження дозволяє досягти високого рівня натягу напружуваної арматури () і обтиснення бетону.

7. В випробуваннях виявлено, що руйнування конструкції характеризувалося одночасним досягненням текучості в напружуваній арматурі і роздробленням стиснутого бетону. Зазначене підтвердило можливість побудови методики визначення руйнівного навантаження на основі використання методу граничної рівноваги як для один раз статично невизначеної балки зі шпренгельним підкріпленням.

8. Порівняння результатів розрахунку за розробленою методикою з експериментально отриманими даними підтверджує їх цілком прийнятний збіг – відхилення в середньому склало 6,2%.

9. Величина втрат напруги в напружуваній арматурі, які викликаються обтисненням, усадкою і повзучістю бетону, при використанні локального обтиснення менше, ніж при традиційних способах попереднього напруження.

10. З метою забезпечення роботи напружуваної арматури у якості шпренгельного підкріплення запропонована схема закладення пазу, що підвищує несучу здатність конструкції і захищає від впливу середовища.

11. Запропонована послідовність формирування конструкції дозволяє, як показали експерименти, при подальшому навантаженні повністю використовувати силові можливості напружуваної арматури конструкції.

12. Результати даної роботи використані при реконструкції Харківського коксового заводу та у проектній пропозиції по удосконалюванню великопанельних будинків серії 182 (“Мобіль”), що будуються Куряжським (м.Харків) домобудівним комбінатом.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Шагин А.Л., Богданов А.Н. Крупнопанельные бескаркасные здания с увеличенным шагом поперечных несущих стен // Науковий вісник будівництва. - Вип. 28.-Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2004.-С.130-134.

Особистий внесок – розробка принципів двохетапного обтиснення залізобетонних згинальних елементів.

2. Шагин А.Л., Избаш М.Ю., Богданов А.Н. Потери напряжений в арматуре локально обжатых железобетонных и сталежелезобетонных изгибаемых элементов // Науковий вісник будівництва. - Вип. 29.-Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2004.-С.54-59.

Особистий внесок: - оцінка впливу рівня натягування арматури А500С на величину втрат напруги.

3. Шагин А.Л., Избаш М.Ю., Шемет Р.Н., Богданов А.Н. Несущая способность локально предварительно напряженных изгибаемых элементов // Науковий вісник будівництва. - Вип. 32.-Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2005.-С.49-61.
Особистий внесок: розробка методики розрахунку несучої здатності локально попередньо напружених залізобетонних балок з використанням нелінійної деформаційної розрахункової моделі.

4. Богданов А.Н. Расчет прочности железобетонных локально предварительно напряженных изгибаемых элементов // Науковий вісник будівництва. - Вип. 33.-Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2005.-С.182-187.

5. Богданов А.Н. Определение разрушающей нагрузки железобетонных локально предварительно напряженных изгибаемых элементов // Науковий вісник будівництва. - Вип. 36.-Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2006.-С.209-212.

6. Шагин А.Л., Богданов А.Н. Двухэтапное локальное предварительное напряжение сборных изгибаемых элементов // Науковий вісник будівництва.-Вип. 42.-Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2007.-С.99-104.

Особистий внесок: методика визначення необхідних параметрів натягування арматури.

7. Богданов А.Н. Повышение эффективности сборных железобетонных изгибаемых элементов двухэтапным локальным обжатием // Науковий вісник будівництва. - Вип. 43.-Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2007.-С.115-119.

8. Шагин А.Л., Богданов А.Н. Патент України №79885 “Спосіб виготовлення локально попередньо напружених збірних залізобетонних елементів”.

Особистий внесок: експериментально-теоретична оцінка ефективності двохетапного локального обтиснення.

Анотація

Богданов О.М. Збірні залізобетонні згинальні елементи з двохетапним локальним попереднім напруженням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2007.

Дисертація присвячена запропонованому типу збірних залізобетонних згинальних елементів з двохетапним локальним попереднім напруженням, що захищено патентом України №79885 “Спосіб виготовлення локально попередньо напружених збірних залізобетонних елементів”, 2007р.

Доведено, що локальне двохетапне попереднє напруження дозволяє досягти високого рівня обтиснення конструкцій без додаткового армування, попереднього напруження майбутньої ( в експлуатації) стиснутої зони.

Обгрунтовано використання в запропонованій конструкції нетрадиційного типу змішаного армування.

Проведеними дослідженнями доведено, що конструкція має знижену металоємність, її виготовлення не потребує енергетичних витрат, силових форм, спеціального устаткування; натягування арматури здійснюється вручну, за допомогою ручних гвинтових домкратів.

Розроблено методику розрахунку запропонованої конструкції з урахуванням фізичної та геометричної нелинійності.

Проведені експериментальні дослідження запропонованих конструкцій з різним співвідношенням кількості напруженої і ненапруженої арматури, які підтвердили надійність розроблених методик розрахунку.

Ключові слова: двохетапне локальне обтиснення, змішане армування, нелінійність, гранична рівновага.

АННОТАЦИЯ

Богданов А.Н. Сборные железобетонные изгибаемые элементы с двухэтапным локальным предварительным напряжением. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – строительные конструкции, здания и сооружения. – Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена сборным железобетонным изгибаемым элементам с двухэтапным локальным предварительным напряжением, которое защищено патентом Украины №79885 “Способ изготовления локально предварительно напряженных сборных железобетонных элементов”, 2007г.

Показано, что двухэтапное локальное предварительное напряжение позволяет достигать высокого уровня обжатия сборных изгибаемых элементов благодаря предотвращению образования трещин в будущей (в эксплуатации) сжатой зоне без дополнительных энергетических, материальных и финансовых затрат.

Предложено нетрадиционное смешанное армирование разработанного железобетонного изгибаемого элемента в виде стержней из высокопрочной стали, расположенных в заполненном пазе, и каркасами с рабочей продольной арматурой из стали повышенной прочности класса А500С, расположенными в сплошных стенках паза.

Разработана методика расчетного определения требуемой для создания натяжения величины стрелки оттягивания напрягаемой арматуры, её длины и размеров паза. Предложено два варианта заделки паза, первый из которых предусматривает его заделку тяжелым бетоном и дальнейшую работу по схеме традиционного локально предварительно напряженного изгибаемого элемента, второй вариант предусматривает возможность работы напрягаемой арматуры в качестве шпренгельного подкрепления. Часть паза ниже напрягаемой арматуры зачеканивается бетоном. Заделка и зачеканивание осуществляются после второго этапа предварительного напряжения.

Предложены и апробированы принципы выполнения двухэтапного обжатия вручную, без использования электроэнергии, силовых опалубочных форм, специального оборудования.

Разработанная методика оценки напряженно-деформированного состояния учитывает геометрическую и физическую нелинейности на основе использования метода последовательных нагружений.

Предложенная методика расчетного определения разрушающей нагрузки построена на совместном использовании метода предельного равновесия и нелинейной деформационной расчетной модели.

Проведенные эксперименты выявили закономерности работы предложенной конструкции при двухэтапном локальном обжатии, нагружении и разрушении, подтвердили приемлемость разработанных методик расчета.

Ключевые слова: двухэтапное локальное обжатие, смешанное армирование, нелинейность, предельное равновесие.

ABSTRACT

Bogdanov O.M. Precast ferroconcrete bending elements with twostaged local prestressing. – Manuscript.

Candidate’s thesis for a scientific degree in specialty 05.23.01 – building constructions, buildings and structures.

Kharkov State Technical University of Construction and Architecture.

The thesis is dedicated to the suggested type of precast ferroconcrete bending elements with twostaged local prestressing which is defended by the patent of Ukraine №79885 “Method of producing locally prestrecsed precast ferroconcrete elements”, 2007.

It is proved that local twostaged prestressing permits to react the level of the construction squeezing without additional reinforcing the further (in maintenance) squeezing zone.

Using in the suggested construction the mixed prestressing is grounded.

Due to the conducted investigations it is proved that the constructions has the reduced capacity, its producing does not require energy expenditure, power forms, special equipment; stretching the reinforcement is carried out manually by hand screw jacks.

Methods of calculating the suggested construction accounting physical and geometric non-lineality are elaborate.

Experimental investigations of the suggested construction with different correlation of the number of stressed and non-stressed reinforcement.

Key words: twostaged local squeging, mixed reinforcing, non-lineality, margin equilibrium.

Підписано до друку 30.10.2007 г. Формат 60х90 1/16

Папір для лазерних принтерів.

Ум.-друк. арк. 0,8.

Зам № 1398. Тираж 100 прим. Безкоштовно.

Ризограф ХДТУБА,

61002, г. Харків, ул. Сумська, 40, тел.7-000-240