ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРА

БОНДАРЕНКО ОЛЕКСІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 624.012.45:624.041.6:620.191.33

МІЦНІСТЬ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ БАЛОК В ЗОНІ

ДІЇ ПОПЕРЕЧНИХ СИЛ З УРАХУВАННЯМ

ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ПОШКОДЖЕНОСТІ

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі і споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕСА – 2007

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

ШЕХОВЦОВ Ігор Владиславович, Одеська державна академія будівництва і архітектури, доцент кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

КЛІМОВ Юлій Анатолійович, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій

кандидат технічних наук, доцент

КРУСЬ Юрій Олексійович

Національний університет водного господарства і природокористування, доцент кафедри автомобільних доріг, основ і фундаментів

Захист відбудеться 12.02.2008 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої ученного ради Д41.085.01 при Одеській державній академії будівництва і архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

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

Автореферат розісланий 12.01. 2008 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 41.085.01

канд.тех.наук, доцент Карпюк В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Бетон і залізобетон є найбільш поширеним будівельним матеріалом. Більшість залізобетонних конструкцій працюють на сприйняття поперечних сил. Розрахунок цих конструкцій на дію поперечних сил є одним з визначальних при визначенні розмірів поперечного перерізу, призначенні поперечного армування на приопорних ділянках.

Існуюча теорія розрахунку конструкцій на дію поперечних сил, яка покладена в основу діючих в Україні нормативних документів, постійно розвивається, але носить в значній мірі емпіричний характер.

Класичний підхід до розрахунку конструкцій на дію поперечних сил, заснований на методі граничної рівноваги, являє структурну побудову розрахункового апарату у вигляді “фізична модель – розрахункова модель – внутрішні зусилля – система рівнянь - розрахунок”. Розрахунок проводиться за умовою рівноваги приопорної частини елементу, яка виділена критичною похилою тріщиною і нормальним перерізом, що проходить через вершину тріщини, з урахуванням всіх основних внутрішніх зусиль, що діють на приопорну частину елементу. Точність такого розрахунку залежить від точності визначення кожного з відомих основних внутрішніх зусиль.

Уточнення розрахунку кожного внутрішнього зусилля можливе при умові визначення тих чинників, які впливають на їх величину. Одним з таких чинників є физико-механічні характеристики бетону, які залежать від його структурних параметрів.

Одним із структурних параметрів бетону є його технологічна пошкодженість. Дослідження технологічної пошкодженості бетону показують, що від її величини залежать міцністні і деформаційні характеристики. При дослідженнях розрізняють наступні види технологічної пошкодженості: початкова технологічна пошкодженість – визначається до прикладення навантажень; пошкодженість рельєфної поверхні бетону в тріщині – визначається при утворенні тріщини під навантаженням.

Управляти технологічною пошкодженістю можна використовуючи наповнювачі, оптимальні за виглядом, кількістю та дисперсністю.

Найменш вивченим внутрішнім зусиллям, що діє на приопорную частину елементу, є сили зачеплення, які є наслідком деформацій зсуву берегів похилої тріщини, і залежать від физико-механічних властивостей бетону. Експериментальні дані про деформації зсуву бетону в тріщині, які викликають сили зачеплення з урахуванням пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині, взагалі відсутні. Також відсутні експериментальні дані про вплив кількості наповнювача і цементу на характер пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині, а також взаємозв'язок цих даних з початковою технологічною пошкодженістю.

З вищенаведеного виходить, що дослідження роботи внутрішніх зусиль і сил зачеплення зокрема, що діють на приопорній частині елементу, з урахуванням чинника технологічної пошкодженості бетону є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота є складовою частиною держбюджетної науково-дослідної роботи кафедри “Залізобетонні і кам'яні конструкції” на 2001-2005р.: “Дослідження напружено-деформованого стану і розрахунок елементів пошкоджених залізобетонних конструкцій”.

Мета і завдання дослідження: експериментальне дослідження сил зачеплення; визначення внутрішніх зусиль, діючих на приопорну частину згинних залізобетонних елементів, в зоні дії поперечних сил з урахуванням чинника технологічної пошкодженості; уточнення існуючої методики розрахунку.

Для досягнення поставленої мети нобхідно вирішити наступні завдання:

- експериментально дослідити вплив кількості наповнювача на початкову технологічну пошкодженість та на физико-механічні характеристики бетону;

- експериментально дослідити вплив початкової технологічної пошкодженості на характер рельєфної поверхні бетону в тріщині;

- експериментально дослідити вплив пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині на величину дотичних напружень і деформацій зсуву;

- уточнити методику розрахунку сил зачеплення, що дозволяє враховувати пошкодженість рельєфної поверхні бетону в тріщині;

- експериментально дослідити міцність залізобетонних балок в зоні дії поперечних сил з урахуванням чинника технологічної пошкодженості бетону;

- уточнити існуючу методику розрахунку згинних елементів в зоні дії поперечних сил, що дозволяє враховувати чинник технологічної пошкодженості.

Об'єкт дослідження: розрахунок згинних залізобетонних елементів, в зоні дії поперечних сил по похилому перерізу.

Предмет дослідження: міцність по похилих перерізах згинних залізобетонних елементів, дотичні напруження і деформації зсуву в тріщині; сили зачеплення; технологічна пошкодженість дослідних бетонних і залізобетонних зразків.

Методи дослідження: визначення початкової технологічної пошкодженості шляхом вимірювання поверхневих тріщин; визначення площі рельєфної поверхні бетону тріщини методом парафінування; визначення сил зачеплення і деформацій зсуву на дослідних зразках методом механічного випробування; визначення несучої здатності елементів, що згинаються, методом механічного навантаження; вимірювання деформацій методом электротензометрії, механічними приладами.

Наукова новизна отриманих результатів.

- експериментально одержані результати, що розширили дані про вплив наповнювача на початкову технологічну пошкодженість бетону;

- експериментально одержані результати, що розширили дані про вплив початкової технологічної пошкодженості на фізико-механічні характеристики бетону;

- нові експериментальні дані про пошкодженість рельєфної поверхні бетону в тріщині;

- нові експериментальні дані про дотичні напруження і деформації зсуву залежно від пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині;

- експериментальні дані про деформації зсуву у похилій тріщині згинних залізобетонних елементів в зоні дії поперечних сил;

- дані, що дозволили удосконалити існуючу методику розрахунку згинних елементів в зоні дії поперечних сил з урахуванням сил зачеплення і технологічної пошкодженості бетону.

Практичне значення отриманих результатів. В результаті проведених теоретичних і експериментальних досліджень запропонована методика розрахунку міцності згинних елементів в зоні дії поперечних сил, яка дозволяє уточнити фактичну граничну величину поперечної сили, що сприймається елементом з урахуванням чинника технологічної пошкодженості.

Особистий внесок здобувача:

- виконані експериментальні дослідження по вивченню впливу кількості наповнювача і цемента на технологічну пошкодженість бетону та його фізико-механічні властивості;

- визначена мінімальна довжина базової прямої, на якій визначається коефіцієнт технологічної пошкодженості по прямій KnL;

- отримані дані про вплив технологічної пошкодженості бетону на рельєфну поверхню бетону в тріщині;

- запропонований і обґрунтований коефіцієнт KnR - коефіцієнт пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині;

- виконані експериментальні дослідження по визначенню дотичних напружень та деформацій зсуву в тріщині залежно від технологічної пошкодженості бетону;

- виконані експериментальні дослідження по визначенню несучої здатності згинних залізобетонних елементів в зоні дії поперечних сил та деформацій зсуву у похилій тріщині;

- удосконалена існуюча методика розрахунку згинних елементів в зоні дії поперечних сил з урахуванням сил зачеплення та технологічної пошкодженості бетону.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень розглядались на міжнародних науково-технічних конференцях “Ресурсоекономні матеріали, будівлі та споруди” (Рівне, 2003, 2006), науково – технічних конференціях Одеської державної академії будівництва і архітектури (2002-2007).

Публікації.

Результати виконаних досліджень опубліковані в шести друкованих роботах, 4 з яких в збірках наукових праць, затверджених ВАК України.

Структура і об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури і додатків. Загальний об'єм роботи складає 187 сторінок, з них 127 сторінок основного тексту, 18 таблиць, 51 малюнків, зокрема 19 на окремих сторінках, 126 найменувань використаної літератури на 11 сторінках, 2 додатки на 30 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання досліджень, сформульована їх наукова новизна і визначена практична цінність, наведені дані про апробацію, структуру і об'єм дисертації.

У першому розділі проведений аналіз літературних джерел за темою досліджень.

На підставі результатів численних експериментальних досліджень складена картина тріщиноутворення балок, випробовуваних на дію поперечної сили, як з поперечною арматурою, так і без неї. У практиці випробувань спостерігаються дві основні форми руйнування елементів за похилою тріщиною: по стиснутій і по розтягненій зонах.

Опір залізобетонних елементів дії поперечних сил є однією з головних проблем теорії залізобетону. Даній проблемі присвячена багато робіт Алієва Р.Д., Артем’єва А. Е., Ашрабова А. А., Бабіча Є.М., Барашикова А.Я., Бачинського В.Я., Васильева П.І., Гвоздева О.О., Генієва Г.А., Дорофєєва В.С., Зайцева Ю.В., Залєсова О.С., Ільіна О.Ф., Карпенко М.І., Карпюка В.М., Клімова Ю.А., Митрофанова В.П., Пірадова О.Б., Пірадова К.А., Шеховцова І.В. та ін.

Складене чітке уявлення про внутрішні зусилля, що діють на приопорную частину елементу: зусилля в бетоні стиснутої зони над вершиною критичної похилої тріщини; осьове і нагельне зусилля в поздовжній арматурі в місці її перетину критичною похилою тріщиною; осьове і нагельное зусилля в поперечній арматурі в місцях її перерізу критичною похилою тріщиною; сили зачеплення.

Розрахунок залізобетонних конструкцій, заснований на методі граничної рівноваги, використовує фізичну модель елементу, яка дає ясні уявлення про його роботу на всіх стадіях навантаження, діючих внутрішніх зусиллях і природі їх виникнення, характері деформацій і причинах руйнування. Дана методика розрахунку розроблена спільно в НДІЗБе Залесовим О.С. і в Київському інженерно-будівельному інституті Клімовим Ю.А.

Внутрішні зусилля, що діють на приопорную частину елементу, залежать від геометричних розмірів елементу, величини прольоту зрізу, физико-механічних характеристик бетону і арматури. Одним з чинників, які визначають несучу здатність елементу, є фізико-механічні характеристики бетону, які залежать від його структурних параметрів.

Найменш вивченим внутрішнім зусиллям є сили зачеплення по берегах похилої тріщини, які, як і інші внутрішні зусилля, значним чином залежать від властивостей бетону конструкцій і його структурних параметрів.

Різні методи розрахунку сил зачеплення запропонували Гвоздев О.О., Залєсов О.С., Тітов І.А., Петросян А.В., Карпенко М.І., Митрофанов В.П. та ін. Експериментальними дослідженнями займалися Артем’ев А.Е., Ашрабов А.А., Самарін А.В., Клімов Ю.А. і ін. За даними різних авторів внесок сил зачеплення до загального опору дії поперечних сил складає від 5 до 50 %.

Величина сил зачеплення залежить від геометричних розмірів елементу, прольоту зрізу (найбільших значеннь сили зачеплення досягають при середніх прольотах зрізу (1,5...2,2)h0<a<(3.6)), ширини розкриття тріщини, величини деформацій зсуву, міцності бетону (при ширині розкриття тріщини до 0,2 мм), величини і якості заповнювача, рельєфу поверхні бетону тріщини.

Найменш вивченим чинником є рельєф поверхні бетону в тріщині, який залежить від структурних параметрів бетону. Одним з найменш вивчених структурних параметрів є технологічна пошкодженість бетону, яка, як показали експериментальні дослідження, впливає на фізико-механічні характеристики бетону.

Дослідженнями початкової технологічної пошкодженості займалися Вировой В.М., Гордон С.С., Дорофєєв В.С., Зайцев Ю.В., Макарова С.С., Соломатов В.І. та ін.

Експериментальне дослідження сил зачеплення, визначення внутрішніх зусиль, що діють на пріопорную частину згинних залізобетонних елементів в зоні дії поперечних сил з урахуванням чинника технологічної пошкодженості є актуальним завданням.

У другому розділі представлена загальна методика проведення експериментальних досліджень.

У першій серії експериментальних досліджень вивчали початкову технологічну пошкодженість, її вплив на фізико-механічні характеристики бетону і на рельєф поверхні бетону в тріщині. У цій серії окремо вивчався вплив рельєфу поверхні бетону в тріщині на величину граничних дотичних напружень і граничних деформацій зсуву crc,u дослідних зразків.

У другій серії експериментальних досліджень вивчалися сили зачеплення у похилій тріщині залізобетонних балок в зоні дії поперечних сил з урахуванням чинника технологічної пошкодженості бетону.

При виготовленні бетону використовувався цемент, виготовлений в лабораторних умовах сумісним помолом клінкеру і двоводного гіпсу. У якості наповнювача бетону застосовувався кварцовий пісок, заздалегідь розмолотий до питомої поверхні 300 м2/кг.

Для вивчення початкової технологічної пошкодженості і її впливу на фізико-механічні характеристики бетону та на рельєф поверхні бетону в тріщині виготовлялися бетонні призми розмірами 10х10х40см і куби розмірами 10х10х10см.

Для вивчення впливу рельєфу поверхні бетону в тріщині на величину граничних дотичних напружень crc,u і граничних деформацій зсуву crc,u виготовлялися бетонні зразки із заданою площею зсуву 10х10 см (Рис. 1). Форма зразків дозволила при наданні навантаження до торців одержати в серединній площині чистий зріз. Армування зразків виконувалось конструктивно зварними плоскими каркасами із стрижньової арматури 8 мм класу А 240С.

Для вивчення сил зачеплення і визначення внутрішніх зусиль виготовлялися балки розмірами 10х15х120 см (див. Рис 2). Армування балок в поздовжньому напрямі виконувалося двома стрижнями 10 А500С в розтягненій зоні. Поперечне армування не здійснювалось.

З метою скорочення кількості експериментальних зразків використовувалася теорія планування експерименту. Як варійовані чинники були вибрані дисперсність наповнювача (Х1=105%) і витрата цементу (Х2=32575 кг/м3).

Рис. 1. Схема армування дослідних зразків для визначення сил зачеплення

Рис. 2. Схема армування залізобетонних балок

Балки, зразки для визначення сил зачеплення, куби і призми виготовлялися з одного замісу в інвентарній металевій опалубці. Для визначення кубикової міцності бетону зразки-куби випробовувалися на 28 добу. Вся решта зразків випробовувалася безпосередньо перед випробуванням балок.

Для визначення міцності бетону на розтягнення при розколюванні Rtt проводилися випробування на зразках-кубах 10х10х10см з розколом по серединній площині. Випробування виконувалось ступенями короткочасним навантаженням зразків стискаючим навантаженням до руйнування.

Технологічна пошкодженість бетону призм і балок визначалася на підставі коефіцієнтів початкової технологічної пошкодженості бетону і коефіцієнта пошкодженості рельєфної поверхні бетону у тріщині.

Для виявлення поверхневих мікротріщин зразки, що досягли віку 120 діб, витримувалися у водних розчинах таніну, потім висушувалися. Проявлені поверхневі тріщини обводилися, після чого вимірювалася їх довжина курвіметром з точністю до 0,1 см.

Коефіцієнт початкової технологічної пошкодженості за площею KnS визначається як відношення суми довжин поверхневих тріщин L0, виміряних по площі S, до цієї площі:

KnS = L0/S [см/см2] (1)

Коефіцієнт початкової технологічної пошкодженості по довжині визначається як відношення довжини тріщини L0 до довжини лінії L, уздовж якої проходить тріщина:

KnL = L0/ L [см/см] (2)

На призмах база вимірювання L складала 10 см і 40 см – відповідно впоперек і уздовж кожної із сторін призми; площа вимірювання S складала 100 см2 (Рис. 3б). Вимірювання виконувалися по двох сторонах призм.

На балках база вимірювань L складала 15 см і 31 см – відповідно впоперек балки і уздовж похилої лінії; площа вимірювання S складала 100 см2 (Рис. 3а). Вимірювання проводилися з двох сторін балок.

Вплив технологічної пошкодженості на рельєф поверхні бетону в тріщині оцінювався зміною площі цього рельєфу. Площа рельєфу визначалася на половинках кубів, одержаних при визначенні міцності бетону на розтягненні при розколюванні. Зміна цієї площі оцінювалась коефіцієнтом пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині KnR.

Коефіцієнт пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині визначається як відношення площі рельєфної поверхні до площі площини, на якій визначалася рельєфна поверхня:

KnR = SR/ S0 [см2/см2] (3)

Фізичний сенс даного коефіцієнта полягає в оцінці питомої пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині.

Дослідні зразки для визначення дотичних напружень crc,u і граничних деформацій зсуву crc,u (Рис.1) безпосередньо перед випробуванням розколювалися в серединній площині по перерізу зсуву на дві частини в кондукторі. Після цього дослідний зразок встановлювався в спеціально розроблену випробувальну установку. Навантаження дослідних зразків проводилося ступенями. Деформації зсуву cru вимірювалися індикаторами годиникового типу з ціною поділки 0,001 мм.

Для вивчення сил зачеплення, визначення внутрішніх зусиль, що діють на пріопорную частину елементу з урахуванням чинника технологічної пошкодженості проводилися випробування залізобетонних балок на дію поперечних сил (конструкцію балок див. Рис. 2).

а)

б)

Рис. 3. Дослідні зразки призми і балки з нанесеними базовими прямими L і площею S

L – базові прямі для визначення коефіцієнта початкової технологічної пошкодженості;

S – базова площа для визначення коефіцієнта початкової технологічної пошкодженості;

L0 – довжина технологічної тріщини;

Розрахункова схема випробовуваних балок прийнята однопрольотною, вільнообпертой, завантаженої двома зосередженими силами. Проліт зрізу прийнятий 2h0 і дорівнює 27 см.

Для визначення граничних деформацій зсуву crc,u по берегах похилої тріщини, визначення прогинів f, висоти стислої зони бетону були використані індикатори годинникового типу з ціною поділки 0,01мм, зсувоміри Аістова з ціною поділки 0,01мм, тензодатчики на паперовій основі з базою 50 мм. Для тензометрических вимірювань використовувався автоматизований комплекс СИИТ-3.

У третьому розділі приведені дані досліджень технологічної пошкодженості при оцінці физико – механічних характеристик бетону.

На підставі експериментальних досліджень одержані дані про вплив на початкову технологічну пошкодженість бетону кількості кварцового наповнювача і цементу.

Статистичний аналіз похибки при вимірюванні довжини поверхневих тріщин дозволив визначити мінімальну базу вимірювань L для визначення коефіцієнта KnL на дослідних зразках (Рис. 3). При довірчій вірогідності = 0,95 (=0,05) мінімальна база вимірювань L складає 28 см.

Між коефіцієнтами початкової технологічної пошкодженості KnS і KnL, визначених на призмах і балках, одержані відповідні залежності:

- на призмах KnS =0,39+0,55 KnL;

- на балках KnS =0,23+0,61 KnL;

- між коефіцієнтами KnL40 і KnL31 для призм і балок одержана залежність KnL40 = 0,25 + 0,9 KnL31.

Одержані залежністі між физико-механічними характеристиками бетону і початковою технологічною пошкодженістю, вираженою коефіцієнтом KnL для призм (Рис. 4): R = 100–31KnL; Rb = 71–22KnL; Rbt = 5,8–1,6KnL ; Eb = 58,7–15,2KnL.

За даними експериментальних досліджень встановлено (Рис. 4), що при збільшенні початкової технологічної пошкодженості (вираженої коефіцієнтом KnL для призм) значення фізико-механічних характеристик зменшуються.

На підставі експериментальних досліджень одержані дані про вплив на рельєфну поверхню бетону кількості кварцового наповнювача і цементу. Також були обчислені коефіцієнти KnR для бетонів, використованих в експериментальних дослідженнях по визначенню несучої здатності балок при дії поперечних сил.

Аналізуючи дані про вплив на коефіцієнт KnR кількості наповнювача і цементу можна відмітити загальну тенденцію до зменшення коефіцієнта

а) б)

в) г)

Рис. 4. Залежності від коефіцієнта початкової технологічної пошкодженості KnL призм, визначеного на прямій L = 40 см: а) кубиковой міцності бетону R; б) призмової міцності бетону Rb; в) міцності на розтягування Rbt; г) модуля пружності бетону Eb.

- при кількості цементу 400 кг/м3

- при кількості цементу 325 кг/м3

- при кількості цементу 250 кг/м3

пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині KnR (в межах 5%-6%) незалежно від кількості наповнювача при збільшенні кількості цементу, а також те, що меншій кількості цементу відповідає більший коефіцієнт пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині KnR в межах одного і того ж процентного змісту наповнювача. Одержані залежності між коефіцієнтами початкової технологічної пошкодженості KnL та KnS і коефіцієнтом KnR: для призм KnR = 0,31 KnL + 0,7 і KnR =0,35 KnS +0,78; для балок KnR =0,26 KnL + 0,8 і KnR = 0,43 KnS + 0,7.

У четвертому розділі наводяться дані експериментальних досліджень деформацій зсуву і дотичних напружень зачеплення в тріщині, що проводяться на дослідних зразках, залежно від варійованих чинників – кількості цементу і кварцового наповнювача.

За одержаними даними побудовані графіки crc -cru.

Порівняння одержаних графіків з графіками інших авторів показує їх якісну схожість за виглядом (невеликі деформації cru на початкових етапах навантаження і різке їх зростання при граничних значеннях crc).

Встановлено, що при однаковій кількості цементу і зміні кількості наповнювача граничні дотичні напруження зачеплення crc,u зменшуються в межах 10%, при цьому граничні деформації ззсуву cru,u збільшуються межах 50%.

При зростанні коефіцієнта пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині KnR збільшуються граничні деформації зсуву cru,u.

На підставі експериментальних досліджень між граничними деформаціями зсуву cru,u і коефіцієнтом пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині одержана лінійна залежність:

cru,u = 0,82 KnR - 0,67 (4)

Встановлена аналогія між характером і чисельними значеннями в процесі навантаження для залежностей дотичних напружень зачеплення від деформацій зсуву cru при різній кількості цементу і процентного вмісту наповнювача з аналогічними залежностями граничних дотичних напружень зачеплення crc і деформацій зсуву cru від ширини розкриття тріщини acrc,u, одержаними експериментально Клімовим Ю. А.

У п'ятому розділі приведені теоретичні передумови, результати експериментальних досліджень і розрахунки міцності згинних залізобетонних елементів в зоні дії поперечних сил.

Несуча здатність згинних залізобетонних елементів, в зоні дії поперечних сил розглянута на підставі методу граничної рівноваги. Як розрахункова модель прийнята диско – в’язева фізична модель роботи елементу.

Перевірка міцності елементу проводиться з умови:

Qact <Qu, (5)

де

- Qact - діюча поперечна сила;

- Qu - гранична поперечна сила, що сприймається елементом:

Qu=Qb+Qs+Fcrc·sinи, (6)

у рівнянні (6):

Qb - зусилля, сприймане бетоном над вершиною похилої тріщини;

Qs - зусилля, сприймане розтягненою арматурою (нагельноє зусилля) ;

Fcrc - сили зачеплення по берегах похилої тріщини (Рис. 5).

При обчисленні внутрішніх зусиль використовувалися дані досліджень технологічної пошкодженості при оцінці фізико-механічних характеристик бетону, які приведені в розділі 3.

Були виконані експериментальні дослідження по визначенню несучої здатності балок при дії поперечних сил, враховуючи чинник технологічної пошкодженості бетону.

В результаті експериментальних досліджень було отриманє значення граничних деформацій зсуву cru,u по берегах похилої тріщини, поперечної сили Qact, що сприймається елементом.

Рис. 5 Сили зачеплення в похилій тріщині за диско – в’язевою моделлю.

При порівнянні чисельних значень величин деформацій зсуву, одержаних при випробуванні зразків, з чисельними значеннями величин деформацій зсуву cru,u, одержаними по берегах похилої тріщини при випробуванні балок, встановлена їхня аналогія. Це дозволяє використовувати залежність cru - KnR при обчисленні сил зачеплення Fcrc в похилої тріщині балок (Рис . 5).

Підставляючи одержану залежність (4) у формулу для визначення сил зачеплення Fcrc з диско-в’язевій моделі одержимо наступну залежність:

(7)

На підставі цієї залежності були виконані розрахунки сил зачеплення. Встановлено, що при зміні кількості наповнювача з 5% до 15% і постійній кількості цементу величина сил зачеплення Fcrc зменшується при зростаючому значенні коефіцієнта KnR (Рис. 6).

За наслідками розрахунків одержано, що на долю сил зачеплення, обчислених за (7), доводиться 21-26% від поперечної сили, яка сприймається елементом, що узгоджується з пайовим розподілом зусиль по похилому перерізу.

Так само були проведені розрахунки сил зачеплення за методиками, запропонованими іншими авторами. В порівнянні з отриманими результатами сили зачеплення, обчислені по Митрофанову В.П., дають занижені значення в процентному відношенні при розрахунку по (10-21% від Q) і завищені при розрахунку по (45-89% від Q). Сили зачеплення, обчислені по Залєсову О.С., дають занижені значення в процентному відношенні (9-13% від Q).

Рис. 6 Залежність сил зачеплення від коефіцієнта пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині

При розрахунку несучої здатності балок Qu по диско – в’язевый моделі елементу (6) були враховані фізико-механічны характеристики бетону, яки наведені в розділі 3, а при розрахунку сил зачеплення була використана залежність (7). Співвідношення експериментальних значень з розрахунковими Q/ Qu лежить в межах 1-1,05.

Рис. 7 Відносна несуча здатність балок

- за СНіП 2.03.01-84*;

- по діско – в’язевій моделі

- за єкспериментальними даними;

Для порівняння значень виконані розрахунки несучої здатності балок Qu по СНіП 2.03.01-84*. Щодо експериментальних значень несуча здатність Q/ Qu (для елементів без поперечної арматури з прольотом зрізу ) лежить в межах від 1,5 до 1,95.

Така точність обчислення значень розрахункової несучої здатності Qu досягається за рахунок більш вдалої розрахункової моделі елементу, яка дозволяє обчислювати внутрішні зусилля, що діють в похилій тріщині (зусилля сприймане бетоном , зусилля сприймане подовжньою розтягненою арматурою , сили зачеплення Fcrc), незалежно один від одного.

На Рис. 7 представлений графік відносної несучої здатності балок Q/ Qu.

Як показали дослідження цієї роботи сили зачеплення Fcrc повинні обчислюватись в залежності не тільки від раннє відомих чинників, що впливають на їх величину - ширина розкриття тріщини , дотичних напружень зачеплення , деформацій зсуву , але і від коефіцієнта пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині KnR (7).

ВИСНОВКИ

1. В дисертації наведено, що точність розрахунку міцності згинальних елементів, в зоні дії поперечних сил по методу граничної рівноваги залежить від точності визначення кожного внутрішнього зусилля, що діє на пріопорній частині цього елементу. Одним з чинників, що впливають на точність розрахунку, є фізико-механічні характеристики бетону, які залежать у тому числі і від його технологічної пошкодженості.

2. Розширена база даних про вплив початкової технологічної пошкодженості на физико-механічні характеристики бетону при зміні кількості цементу і процентного змісту наповнювача на підставі експериментальних досліджень.

3. Одержані нові експериментальні дані про вплив технологічної пошкодженості на характер рельєфної поверхні бетону в тріщині. На підставі цих даних запропонований коефіцієнт KnR - коефіцієнт пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині.

4. На підставі експериментальних досліджень встановлений взаємозв'язок між граничними деформаціями зсуву в тріщині і коефіцієнтом пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині у вигляді = 0,82 KnR - 0,67.

5. Встановлено, що при розрахунку внутрішніх зусиль елементів, що чинять опір дії поперечних сил по диско-в’язевій фізичній моделі елементу, можливо враховувати технологічну пошкодженість бетону.

6. Проведені експериментальні дослідження несучої здатності залізобетонних балок в зоні дії поперечних сил з урахуванням чинника технологічної пошкодженості бетону.

7. Встановлено, що за наслідками розрахунків сил зачеплення по диско-в’язевій моделі з урахуванням коефіцієнта пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині KnR, пайовий вклад сил зачеплення Fcrc становить 21-26% від поперечної сили , яка сприймається елементом.

8. Виконані розрахунки несучої здатності балок Qu на дію поперечної сили по СНіП 2.03.01-84* і по диско – в’язевій моделі елементу з урахуванням впливу початкової технологічної пошкодженості на физико-механічні характеристики бетону і, як наслідок, на сили зачеплення Fcrc. Порівняння експериментальних значень з результатами розрахунків Qu за діючими нормами показало, що відносна несуча здатність балок Q/Qu лежить в межах від 1,5 до 1,95; при розрахунках несучої здатності балок Qu по диско – в’язевій моделі елементу співвідношення Q/Qu лежить в межах 1-1,05.

9. Внаслідок проведених теоретичних і експериментальних досліджень уточнена методика розрахунку міцності згинних елементів в зоні дії поперечних сил, яка дозволяє враховувати чинник технологічної пошкодженості бетону.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Шеховцов И.В., Сузанская Т.А., Бондаренко А.В. Влияние начальной технологической поврежденности на длину трещины при определении сил зацепления // Вісник ОДАБА: зб. наук. праць, вип. № 1. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2000. С. 65-69.

Особистий внесок здобувача – проведений огляд літературних джерел

2. Шеховцов И.В., Сузанская Т.А., Бондаренко А.В. Моделирование рельефа поверхности трещины в бетоне при определении сил зацепления // Вісник ОДАБА: зб. наук. праць, вип. № 2. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2000. С. 20-24

Особистий внесок здобувача – - запропонований коефіцієнт пошкодженості рельєфної поверхні бетону в тріщині.

3. Шеховцов И.В., Бондаренко А.В., Безушко Д.И. Результаты экспериментальных исследований начальной технологической поврежденности бетона призм при определении несущей способности железобетонных балок по наклонным сечениям с учетом сил зацепления // Вісник ОДАБА: зб. наук. праць, вип. № 21. Одеса, ТОВ “Зовнішрекламсервіс”, 2006. С. 281-288

Особистий внесок здобувача – - проведені експериментальні дослідження.

4. Бондаренко А.В. К методике проведения исследований по определению сил зацепления при различном рельефе поверхности трещины // Вісник ОДАБА: зб. наук. праць, вип. № 5. Одеса, ВМК “Місто майстрів”, 2001. С. 14-17.

5. Бондаренко А.В. Силы зацепления при расчете железобетонных элементов по наклонной трещине с учетом технологической поврежденности// Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. праць, вип.9 Рівне, 2003 С. 380- 383.

6. Шеховцов И.В., Бондаренко А.В. Влияние начальной технологической поврежденности на силы зацепления при расчете балок на основе диско-связевой модели // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. праць, вип.14. Рівне, РДТУ, 2006. С. 362-368.

Особистий внесок здобувача – проведений аналіз експериментальних досліджень.

АНОТАЦІЯ

Бондаренко Олексій Володимирович. Міцність залізобетонних балок в зоні дії поперечних сил з урахуванням технологічної пошкодженості. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі, споруди. – Одеська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2007 р.

Дисертація присвячена вивченню міцності згинних залізобетонних елементів по похилому перерізу з урахуванням чинника технологічної пошкодженості бетону.

Більшість залізобетонних конструкцій працюють на сприйняття поперечних сил. Розрахунок цих конструкцій на дію поперечних сил є визначним при визначенні розмірів поперечного перерізу, призначення поперечного армування.

На підставі отриманих результатів експериментальних досліджень було запропоноване уточнення методики розрахунку залізобетонних елементів на дію поперечних сил і, зокрема, сил зачеплення в похилої тріщині з урахуванням чинника технологічної пошкодженості.

Ключові слова: залізобетон, приопорная частина елементу, технологічна пошкодженість бетону, рельєфна поверхня бетону в тріщині, сили зачеплення, міцність, розрахунок по похилих перерізу.

АННОТАЦИЯ

Бондаренко Алексей Владимирович. Прочность железобетонных балок в зоне действия поперечных сил с учетом технологической поврежденности. Рукопись.

Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания, сооружения. – Одесская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Одесса, 2007 г.

Диссертация посвящена изучению прочности изгибаемых железобетонных элементов по наклонному сечению с учетом фактора технологической поврежденности бетона.

Во введении обоснованы актуальность, научная новизна, сформулированы цель и задачи исследований, практическое значение работы, представлена ее апробация и дана общая характеристика работы.

Расчет конструкций на действие поперечных сил, основанный на методе предельного равновесия, представляет собой структурное построение расчетного аппарата в виде “физическая модель – расчетная модель – внутренние усилия – система уравнений - расчет”. В основу расчета положена физическая модель элемента, которая дает ясное представление о его работе на всех стадиях нагружения, действующих внутренних усилиях и природе их возникновения, характере деформирования и причинах разрушения.

Уточнение расчетом каждого внутреннего усилия возможно при определении факторов, влияющих на их величину. Одними из таких факторов являются физико-механические характеристики бетона, которые зависят от его структурных параметров. Одним из структурных параметров бетона является его технологическая поврежденность. Исследования технологической поврежденности бетона показывают, что от ее величины зависят прочностные и деформационные характеристики.

Управлять технологической поврежденностью можно используя наполнители, оптимальные по виду, количеству и дисперсности.

Наименее изученным внутренним усилием, действующим на приопорную часть элемента, являются силы зацепления, которые зависят от физико-механических свойств бетона.

В первой главе проведен анализ литературных источников по теме исследований.

Во втором разделе представлена общая методика проведения экспериментальных исследований.

В первой серии экспериментальных исследований изучалась начальная технологическая поврежденность, ее влияние на физико-механические характеристики бетона и на рельеф поверхности бетона в трещине. В этой серии отдельно изучалось влияние рельефа поверхности бетона в трещине на величину предельных касательных напряжений и предельных деформаций сдвига опытных образцов.

Во второй серии экспериментальных исследований изучались силы зацепления в наклонной трещине железобетонных балок в зоне действия поперечных сил с учетом фактора технологической поврежденности бетона. Изучение сил зацепления велось на основании расчетного аппарата метода предельного равновесия и физической диско - связевой модели работы элемента.

В третьем разделе приведены данные исследований технологической поврежденности при оценке физико – механических характеристик бетона.

Проведен анализ влияния начальной технологической поврежденности на физико - механические свойства бетона. Выведены линейные зависимости между кубиковой прочностью бетона, призменной прочностью бетона, прочностью бетона на растяжение, модулем упругости бетона и коэффициентом .

Получены линейные зависимости между коэффициентами начальной технологической поврежденности и коэффициентом поврежденности рельефной поверхности бетона в трещине.

В четвертом разделе приводятся данные экспериментальных исследований деформаций сдвига и касательных напряжений зацепления в трещине, проводимых на опытных образцах, в зависимости от варьируемых факторов – количества цемента и кварцевого наполнителя.

На основании экспериментальных исследований между предельными деформациями сдвига и коэффициентом поврежденности рельефной поверхности бетона в трещине получена линейная зависимость.

В пятом разделе приведены теоретические предпосылки, результаты экспериментальных исследований и расчеты прочности железобетонных изгибаемых элементов в зоне действия поперечных сил.

На основании полученных результатов экспериментальных исследований было предложено уточнение методики расчета железобетонных элементов на действие поперечных сил и, в частности, сил зацепления в наклонной трещине с учетом фактора технологической поврежденности.

Ключевые слова: железобетон, приопорная часть элемента, технологическая поврежденность бетона, рельефная поверхность бетона в трещине, силы зацепления, прочность, расчет по наклонным сечениям.

ANNOTATION

Bondarenko A.V. Durability of reinforced-concrete beams in the area of action of transversal forces taking into account technological damaged. - Manuscript.

Dissertation on competition of graduate degree of candidate of engineering sciences on speciality 05.23.01 Building constructions, buildings and structures - the Odessa state academy of building and architecture, Departments of education and science of Ukraine. - Odessa, 2007

Dissertation is devoted to the study of durability of the bent reinforced-concrete elements on the sloping section taking into account the factor of technological damaged of concrete.

Most reinforced-concrete constructions work on perception of transversal forces. The calculation of these constructions on the action of transversal forces is determining at determination of sizes of crossrunner, setting of transversal re-enforcement.

On the basis of the got results of experimental researches clarification of method of calculation of reinforced-concrete elements was offered on the action of transversal forces and, in particular, forces of hooking in an obliques crack, taking into account the factor of technological damaged.

Keywords: reinforced concrete, support part of element, technological damaged of concrete, relief surface of concrete, in a crack, forces of hooking, durability, calculation on the sloping sections.