ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ОЛІЙНИК НАТАЛІЯ ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 624.012.41:620.17:620.191.33

ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ПОШКОДЖЕНОСТІ БЕТОНУ
НА МІЦНІСТЬ ТА ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ

ЕЛЕМЕНТІВ, ЩО ЗГИНАЮТЬСЯ, ПО НОРМАЛЬНИМ ПЕРЕРІЗАМ

05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

ОДЕСА – 2007

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

заслужений діяч науки і техніки України

Дорофєєв Віталій Степанович,
Одеська державна академія будівництва та архітектури,

завідувач кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій, ректор.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Азізов Талят Нуредінович,

Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини, завідувач кафедри техніко – технологічних дисциплін.

кандидат технічних наук, доцент

Карпюк Василь Михайлович,
Одеська державна академія будівництва та архітектури,
завідувач кафедри опору матеріалу.

Провідна установа: Національний університет “Львівська політехніка”,

кафедра будівельних конструкцій та мостів, Міністерства

освіти і науки України, м. Львів.

Захист відбудеться “ 13 “ березня 2007 р. об 1100 год. на засіданні

спеціалізованої вченої раді Д 41.085.01 при 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 “12“ лютого 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 41.085.01,

канд. техн. наук, доцент С.С. Макарова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Балочні конструкції знайшли широке застосування в сучасному будівництві. Їх раціональне проектування постійно викликає необхідність удосконалення методів розрахунку, що потребує подальшого детального вивчення властивостей матеріалу і роботи залізобетонних конструкцій під навантаженням. З метою максимального зближення теорії з експериментом методи розрахунку міцності та тріщиностійкості їхніх нормальних та похилих перерізів постійно удосконалюються. Проте, технологічна пошкодженість бетону і її вплив на роботу конструкцій відносяться до числа недостатньо вивчених явищ.

В період технологічної переробки бетону у вироби на всіх рівнях структурних неоднорідностей в матеріалі виникають технологічні тріщини, які, як структурні параметри бетону, визначають пошкодженість конструкцій, і тим самим – і їх експлуатаційну надійність.

Тому робота залізобетонних елементів, що згинаються, під дією поперечних сил і згинальних моментів, характер руйнування за нормальними перерізами і умови їхньої міцності і тріщиностійкості залежать від технологічної пошкодженості бетону. Сучасний етап досліджень в цій галузі показує, що технологічна пошкодженість по-особливому впливає на деформаційні властивості залізобетонних елементів, що згинаються.

Відомі нині методи розрахунку не дозволяють урахувати вплив численних чинників на напружено – деформований стан бетону та несучу здатність залізобетонних елементів, що згинаються. Це призводить до перевитрати матеріалів. Тому необхідно виконувати подальші експериментально – теоретичні дослідження міцності та напружено – деформованого стану нормальних перерізів з урахуванням технологічної пошкодженості бетону.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідних робіт кафедри “Залізобетонні і кам'яні конструкції” на 2001–2010 рр.: „Дослідження напружено-деформованого стану та розрахунок елементів пошкоджених залізобетонних конструкцій” за № 0104U007342; на 2004–2006 рр.: „Технологія пошкоджень бетону та її вплив на роботу та розрахунок залізобетонних конструкцій” за № 0104U000515 та на 2001–2003 рр.: „Ефективні каркасні будівлі з монолітними безбалочними перекриттями” за № 0101U000746.

Мета роботи: експериментально-теоретичне обґрунтування впливу технологічної пошкодженості бетону на несучу здатність залізобетонних елементів, що згинаються, та розробка рекомендацій з урахуванням технологічної пошкодженості бетону при розрахунку міцності та тріщиностійкості їхніх нормальних перерізів.

Задачі дослідження:–

вивчити вплив кількості і якості наповнювача на технологічну пошкодженість бетонних зразків, залізобетонних елементів і фізико-механічні характеристики бетону;–

встановити залежність фізико-механічних характеристик бетону від його технологічної пошкодженості;–

визначити вплив кількості і дисперсності наповнювача на деформативні властивості зразків – призм;–

виявити характер виникнення і розвитку нормальних тріщин з урахуванням кількості і якості наповнювача;–

дослідити напружено-деформований стан та несучу здатність залізобетонних елементів, що згинаються, з урахуванням їхньої технологічної пошкодженості;–

визначити вплив дисперсності і кількості наповнювача в експериментальних балках на величину коефіцієнта s .

Об’єкт дослідження: бетонні і залізобетонні елементи конструкцій, що згинаються, з урахуванням технологічної пошкодженості бетону.

Предмет дослідження: міцність і тріщиностійкість нормальних перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, з урахуванням впливу технологічної пошкодженості.

Методи дослідження: Визначення технологічної пошкодженності бетонних призм та залізобетонних балок виконувалось шляхом фіксації поверхневих тріщин витримкою у водних розчинах таніну. Метод механічного випробування зразків навантаженням з використанням електротензометрії, механічного способу вимірювання переміщень та фотофіксації схем тріщиноутворення і руйнування. Методи статистичної обробки експериментальних даних, порівняння і узагальнення розрахункових та експериментальних даних.

Наукова новизна отриманих результатів: До теперішнього часу відсутні дані про дослідження впливу технологічної пошкодженості бетону елементів, що згинаються, несучу здатність їхніх нормальних перерізів шляхом варіювання кількості і дисперсності мінерального наповнювача. Подібні дослідження проведені вперше. На підставі цих досліджень встановлено наступне: –

визначена та досліджена залежність технологічної пошкодженості бетонних зразків і залізобетонних елементів та фізико-механічних характеристик бетону від кількості та якості наповнювача; –

отримана залежність фізико-механічних характеристик бетону від технологічної пошкодженості бетону; –

визначена залежність деформативних властивостей бетонних призм від кількості і дисперсності наповнювача;–

виявлений характер утворення і розвитку нормальних тріщин з урахуванням кількості і якості наповнювача;–

досліджений напружено-деформований стан та несуча здатність залізобетонних елементів, що згинаються, з урахуванням технологічної пошкодженості;–

визначений вплив кількості та якості наповнювача на величину коефіцієнту s .

Практичне значення отриманих результатів. Отримані в дисертації результати були використані при проектуванні залізобетонних балочних конструкцій житлового будинку по вул. Старицького, 20/1 в м. Одесі, що дозволило знизити їх матеріалоємність на 8...10% за умови найкращого використання бажаних можливостей матеріалу. Матеріали дисертації впроваджені в учбовий процес за спеціальністю “Промислове та цивільне будівництво”, а також при підготовці магістрів та спеціалістів.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно одержані наступні результати: –

встановлений вплив кількості і якості наповнювача на технологічну пошкодженість бетонних зразків, залізобетонних елементів і фізико-механічні характеристики бетону;–

досліджена залежність фізико-механічних характеристик бетону від технологічної пошкодженості бетону; –

визначена залежність деформативних властивостей бетонних призм від кількості і дисперсності наповнювача;–

виявлено характер утворення і розвитку нормальних тріщин з урахуванням факторів, що досліджуються;–

досліджений напружено-деформований стан залізобетонних елементів, що згинаються, з урахуванням їхньої технологічної пошкодженості;–

визначений вплив технологічної пошкодженості бетону на несучу здатність залізобетонних елементів, що згинаються;–

встановлена залежність величини коефіцієнта s від кількості і якості наповнювача.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень пройшли апробацію на четвертій та п’ятій міжнародних науково-технічних конференціях “Ресурсоекономні матеріали, будівлі та споруди” (Рівно, 2003, 2006 рр.), науково-технічній конференції творчої молоді “Перспективи розвитку будівельних конструкцій, будівель, споруд та їх основ” (Київ, 2003 р.) і науково-технічних конференціях Одеської державної академії будівництва і архітектури в 2003 – 2006 рр.

Публікації. По темі дисертації опубліковано шість друкованих праць у збірниках наукових праць, які є фаховими виданнями ВАК України.

Структура дисертації. Робота складається з вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел із 135 найменувань та додатків. Загальний обсяг дисертації складає 174 сторінки, в тому числі: 149 сторінок основного тексту, 14 сторінок з малюнками та таблицями, 13 сторінок списку літератури, 6 сторінок додатку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована необхідність проведення теоретичних та експериментальних досліджень впливу технологічної пошкодженості на тріщиностійкість та міцність нормальних перерізів залізобетонних елементів, що згинаються, зі змінною кількістю та якістю мінеральних наповнювачів, сформульовані мета та задачі досліджень, наукова новизна та практичне значення роботи.

Розділ 1. Проаналізовані праці вітчизняних та зарубіжних вчених, присвячені дослідженням процесу твердіння бетону, механіці утворення початкових тріщин в його структурі та факторів, що впливають на технологічну пошкодженість бетону. Викладений стан питання розвитку методів розрахунку міцності нормальних перерізів залізобетонних елементів, що зазнають згину, з моменту перших досліджень цього питання до теперішнього часу.

Проблемі неоднорідності бетону, його пошкодженності початковими дефектами, впливу структурних та технологічних факторів присвячені праці вчених: Бабича Є.М., Бабкова В.В., Барашикова А.Я., Берга О.Я., Бобришева А.М., Вирового В.М., Гвоздева О.О., Гладишева Б.М., Дорофєєва В.С., Зайцева Ю.В., Комохова П.Г., Лазара В.Ф., Лучко Й.Й., Попова В.П.,Рамачандара В., Ромаліса Н.Б., Соломатова В.І., Тамуж В.П., Фельдмана Р., Химлера К., Холмянського М.М., Чубрикова В.М., Яшина О.В., та ін. Роботи наведених вище вчених доводять, що залізобетонним конструкціям властива пошкодженність бетону початковими дефектами, які порушують його структуру. Оскільки застосування мінеральних наповнювачів дозволяє регулювати пошкодженість початкової структури бетону (за рахунок зміни кількості та якості наповнювача), саме це дозволяє впливати на фізико – технічні характеристики матеріалу. Пошкодженість, яка виникла в період технологічної переробки вихідних складових матеріалу та конструкції, є технологічною, а тріщини, що їй притаманні, є невигідною і невід’ємною частиною структури бетону, то саме ця пошкодженість потребує більш детального вивчення та врахування в розрахунках міцності та тріщиностійкості вказаних конструкцій.

Окремим важливим питанням є розрахунок міцності нормальних перерізів залізобетонних елементів, що згинаються. Дослідженнями цієї проблеми займалися такі вчені, як Лолейт А.Ф., Болдишев А.М., Плевков В.С., Гвоздев О.О., Голышев О.Б., Бачинський В.Я., Морин А.П., Харченко А.З., Залєсов А.С., Мухамедієв Т.А., Чистяков Е.А., Ільїн О.Ф., КарпенкоМ.І, Рак Н.А., Уткін В.С., Уткін Л.В., Яшин А.В., Дятлов С.В., Яременко О. Ф., та ін. Аналіз робіт цих вчених доводить, що з початку свого розвитку методи розрахунку міцності нормальних перерізів постійно вдосконалювалися шляхом привнесення уточнень за рахунок більш детального дослідження факторів, що впливають на несучу здатність залізобетонних елементів, що згинаються. Але технологічна пошкодженість бетону в залежності від кількості та якості мінеральних наповнювачів в розрахунках міцності нормальних перерізів елементів, що згинаються, не ураховується. Саме цей напрямок обраний для досліджень.

В розділі 2 наведені характеристики дослідних зразків, методика визначення технологічної пошкодженості бетону та методика випробувань.

Для одержання експериментальних даних по дослідженню залізобетонних елементів, що згинаються, та бетонних зразків був виконаний експеримент, що складається із дев’яти дослідів. В якості в’яжучого використовували портландцемент з дисперсністю, близькою до 300 м2/кг, виготовлений спільним помолом клінкера і двоводного гіпса. В якості наповнювача використовували дрібний кварцовий пісок з дисперсністю Sy = 100, 200 і 300 м2/кг, попередньо розмелений у млині з металевими кулями. Його додавали до в’яжучого у кількості 8, 10, 12% від маси. Введення наповнювача безпосередньо до складу бетонної суміші було виконане в процесі її приготування. Склад бетону на 1 м3: щебінь (1100 кг); пісок (171 кг); вода (140 кг); цемент (350 кг).

Експериментальні дослідження виконували на зразках – кубах з розмірами 10Ч10Ч10 см, зразках – призмах з розмірами 10Ч10Ч40 см та на залізобетонних елементах (зразках – балках) зі сталим по довжині прямокутним перерізом bЧh =10Ч15 см, та довжиною L = 120 см. Схема армування дослідних балок показана на рис. 1. Проліт зрізу а = 2,56 h0 = 33,3 см.

Дослідні зразки та елементи виготовлялися серіями (3 кубика, 3 призми і 1

балка) в лабораторії кафедри залізобетонних і кам’яних конструкцій ОДАБА.

При дослідженні технологічної пошкодженості залізобетонних зразків-балок і бетонних зразків-призм зверталась увага на мережу поверхневих тріщин. Для більш якісної оцінки технологічної пошкодженості, виявлення тріщин виконувалось на зразках, що досягли віку 200…220 діб, після проходження карбонізації. Поверхневі тріщини фіксувались витримкою зразків у водних розчинах таніну протягом 30…40 хвилин. Зміна лужності бетону в районі тріщин змінювала забарвлення таніну, виявляючи і фіксуючи тріщини.

Кількісну оцінку технологічної пошкодженності виконували вимірюванням довжини поверхневих тріщин курвіметром з точністю до 0,1см на двох гранях зразків. Цей метод оцінки технологічної пошкодженості дозволяє фіксувати як технологічні, так і експлуатаційні тріщини з шириною розкриття 5х10-5 см і більше та довжиною 0,5 см і більше.

Коефіцієнт технологічної пошкодженості бетону по площі (Кпs) визначали по методиці проф. Вирового В.Н. і проф. Дорофєєва В.С. як відношення суми довжин поверхневих тріщин (Т0), виміряних в межах ділянки 10Ч10 см, до площі цієї ділянки (S) (рис. 2):

, [см/см2] (1)

Фізичний зміст полягає в оцінці питомої довжини поверхневих тріщин, виявлених на одиниці поверхні.

У нашому випадку під коефіцієнтом технологічної пошкодженності бетону по лінії (КпL) прийнято відношення довжини характерної лінії (L), що перетинає структурні блоки, обмежені технологічними тріщинами, до суми довжин тріщин (Т0), що примикають з однієї сторони (рис. 2):

, [см/см] (2)

Фізичний зміст коефіцієнта КпL полягає в оцінці питомої довжини поверхневих тріщин, виявлених на одиниці довжини. Для зразків-призм (10Ч10Ч40 см) під характерними лініями приймаємо поперечну (перетинає призму в поперечному напрямку посередині, довжиною 10 см) і поздовжню (перетинає призму в поздовжньому напрямку посередині, довжиною 40 см) лінії (рис. 2).

Для залізобетонних елементів під характерними лініями приймаємо: поперечну, яка перетинає балку в поперечному напрямку посередині, довжиною 15 см (нормальні перерізи) і похилі – в зоні дії поперечної сили та згинаючого моменту (похилі перерізи), що перетинають балку від місця навантаження до опори під кутом, довжиною 36,5 см і 31,1 см (рис. 3).

Розподіл об’ємних деформацій на картинах полів деформацій нерівномірний по всьому об’єму зразків, тому автор прийшов до висновку, що між коефіцієнтами технологічної пошкодженості по площі і по характерним лініям немає залежності і порівнювати їх, ураховуючи складний розподіл об’ємних деформацій, недоцільно. Тому оцінювати технологічну пошкодженість потрібно за допомогою кожного з них.

Для дослідження напружено–деформованого стану бетону експериментальних зразків використовувались дротяні тензорезистори на паперовій основі з базою 50 мм (рис. 4.). Вони наклеювались на бічну грань балки посередині прольоту, для спостереження за деформаціями і визначення висоти стислої зони (Т1…Т4), та в крайніх третинах прольоту, перпендикулярно лінії найбільш небезпечного похилого перерізу, який проходить від місця прикладення навантаження до опори, для визначення деформацій бетону по цій лінії (Т5 і Т6 з одного боку, а Т7 і Т8 з другого). Прогини балок в середині прольоту і осадка опор в процесі випробування вимірювались за допомогою багатообертових індикаторів (И1 і И3 над опорами, а И2 посередині прольоту).

Залізобетонні балки випробували на згин за статичною схемою як однопрольотні, вільно оперті, завантажені двома зосередженими силами, розташованими на відстані Lo/3 від опор. Така розрахункова схема була реалізована шляхом обпирання балки на шарнірно – рухому і шарнірно – нерухому опори.

Тензометричні вимірювання проводили за допомогою автоматизованого комплексу на базі СИИТ – 3. Під час витримки зразка під навантаженням аж до руйнування проводилося візуальне спостереження за тріщинами. Їх поява та ширина розкриття фіксувалась за допомогою мікроскопа МПБ-2 при 24-х кратному збільшенні і ціною поділки 0,05 мм.

В 3-му розділі наведені результати досліджень деформацій та міцності бетону, які були встановлені за допомогою експериментальних випробувань бетонних призм на стиснення.

За результатами виконаних досліджень на двох бокових гранях зразків–призм і зразків – балок були отримані наступні середні характеристики: коефіцієнт технологічної пошкодженості по площі, коефіцієнти технологічної пошкодженості по характерним лініям, поздовжній і поперечній (табл. 1), а також коефіцієнт технологічної пошкодженості по площі, коефіцієнти технологічної пошкодженості по характерним лініям, похилій та поперечній (табл. 2).

Вивчено вплив кількості мінерального наповнювача, а також його дисперсності на технологічну пошкодженість бетону. Мінімальні значення пошкодженості отримані при Н=10% і Sy=300 м2/кг при вимірюванні за всіма площами і характерними лініями бетонних зразків і залізобетонних елементів (найменші з них: КпS=0,61 та КпL=0,26), а максимальні значення отримані при Н=8% і Sy=100 м2/кг (найбільші з них – КпS=1,36 та КпL=0,415). При цьому, максимальної зміни (60,9%) досягали по КпS (при Н=8% і зміні Sy від 200 до 300 м2/кг) та 42,9% по КпL (при зміні Н від 8 до 10% та Sy=100 м2/кг).

За результатами випробувань призм були визначені призмова міцність бетону на стискання, початковий модуль пружності бетону, пружні, пластичні та повні деформації, а також модуль деформацій для усіх дев’яти досліджених у роботі складів бетону. Основні характеристики бетону наведені у таблицях 3, 4.

Проведені дослідження показали, що спрямоване використання кварцових наповнювачів в заданих межах дозволяє змінювати призмову міцність бетону до 27%, при цьому, максимальне значення Rb=34,35 МПа досягається при Sy=300 м2/кг і Н=10%, а мінімальне (Rb=27,14 МПа) при Sy=100 м2/кг і Н=8%. Змінювати початковий модуль пружності використанням цих же наповнювачів можна в більш широких межах – до 42%, при цьому, найбільше значення Eb=41,2 х 103 МПа досягається при Sy=300 м2/кг і Н=8%, а найменше (Eb=29,1 Ч 103 МПа) при Sy=100 м2/кг та Н=8%.

Встановлений вплив технологічної пошкодженості на фізико-механічні характеристики бетону довів, що призмова міцність та початковий модуль пружності із збільшенням технологічної пошкодженості зменшуються.

Аналізуючи вплив кількості та дисперсності мінерального наповнювача на деформативність бетонних призм виявлено, що зі збільшуванням кількості наповнювача спостерігаються значно більші прояви деформативних властивостей бетону.

При вивченні впливу кількості та якості мінерального наповнювача на зміни деформацій призм встановлено, що максимально пластичні деформації змінюються до 425% для Н=8% при переміні Sy на рівнях = 8 та 16 МПа, та повні – до 46,3% для тієї ж кількості наповнювача на рівні = 24 МПа.

Зміна технологічної пошкодженості дозволяє змінювати в досить широких межах міцнісні і деформативні характеристики бетону, що дозволяє більш повно використовувати потенціальні властивості бетону.

Розділ 4. Наведений характер утворення, розвитку нормальних та похилих тріщин в залізобетонних балках, що зазнають згину, та їх руйнування. Перші нормальні тріщини виникають при навантаженнях (0,2...0,3) Мu у зоні чистого згину і на початкових етапах розвиваються за траєкторіями технологічних приблизно до рівня (0,6 –0,7)h0. При подальшому завантаженні між ними виникають нові і з’являються похилі, та далі тріщини вже розкриваються, перетинаючи структурні блоки. Руйнування здійснюються за нормальними тріщинами у зоні чистого згину, а на вершинах їх утворюються виколи бетону.

Вивчений вплив технологічної пошкодженості на несучу здатність залізобетонних балок (табл. 5) довів, що зі збільшенням коефіцієнтів пошкодженості вона зменшується на 7% (рис. 6).

З метою вивчення впливу кількості та якості мінерального наповнювача на зміну прогинів залізобетонних балок, було проведено порівняння значень експериментальних і тих, що розраховувались за існуючими нормами, та їх порівняння з аналізом впливаючих факторів. Порівняння проводилось на трьох рівнях навантажень: М = 3000, 7000, 11000 НЧм, тобто на трьох рівнях напружено – деформованого стану залізобетонних балок.

Це довело, що експериментальні прогини мають значно менші значення, ніж розрахункові, та при максимальних зафіксованих показниках (Н = 12% і Sy = =300 м2/кг) спостерігається зближення контурів кривих (розрахункових та експериментальних), відповідних зростанню прогинів зі зростанням напружень. Провівши аналіз впливу на величини розрахункових і експериментальних прогинів кількості і дисперсності наповнювачів, встановлено, що вони відрізняються між собою на певних рівнях згинаючих моментів в межах від 221% до 6% за якістю і від 219% до 1,5% по кількості використаних наповнювачів. Це свідчить про значно менші напруження в стислій зоні бетону в порівнянні з напруженнями в розтягнутій арматурі (при збереженні рівноваги зусиль в нормальному перерізі).

Під час аналізу впливу кількості та якості мінерального наповнювача на значення відносної висоти стислої зони бетону встановлені її зміни у залежності від приведених складів з ростом навантаження більш ніж на 100% до рівня 0,7Rb. Далі (при 0,8Rb– Rb) така залежність не спостерігається, оскільки висота стислої зони бетону балок до цього моменту стабілізується і залишається на рівні, рівному 0,7Rb.

Мінімальні значення спостерігаються для першого складу (Н = 8%, Sy = 100 м2/кг), максимальні – для дев’ятого (Н = 12%, Sy = 300 м2/кг). З цього виходить, що із зміною дисперсності і кількості наповнювача відносна висота стислої зони бетону змінюється у 2 та більше разів.

В розділі 5 досліджується вплив зміни кількості та якості наповнювача на коефіцієнт s оскільки від нього суттєво залежить ширина розкриття тріщин.

З метою уточнення цього коефіцієнту проведені розрахунки за існуючими нормами (нормативний) та з урахуванням дослідних даних (експериментальний).

За отриманими результатами зроблено висновок, що до рівня М 0,7Мu нормативні та експериментальні значення s мають певні розбіжності, але далі вони зближуються та досягають максимального значення – одиниці. Тому для визначення ступеня впливу якості і кількості мінерального наповнювача на зміну коефіцієнта s вибрано три рівні: М = 2500; 4500; 6500 Н м.

Криві, що описують зміну нормативного значення коефіцієнта s, визначеного на трьох даних рівнях, мають, практично, однакові контури для всіх дев'яти дослідних складів (розбіжність складає від 4,5% до 0,2%). Графіки, побудовані з урахуванням даних експерименту, істотно відрізняються на рівні М = 2500 Н м, що відповідає появі перших тріщин, де різниця значень максимально і складає близько 45%. Із зростанням моментів ця різниця знижується до 0,7%.

На різницю між нормативними і визначеними з урахуванням даних експерименту значеннями коефіцієнта s і кількість, і дисперсність наповнювача впливають однаково. Цей вплив максимально виражений для бетонів з Н = 12% і з Sy = 100 м2/кг (від 20% до 2%). Отже, зі збільшенням кількості наповнювача і зменшенням дисперсності зростає і ступінь відмінності коефіцієнта s, визначеного і з урахуванням даних експерименту від нормативного.

В залежності від виду бетонних і залізобетонних конструкцій використання мінеральних наповнювачів дозволяє змінювати в досить широких межах міцностні та деформативні характеристики бетону, що дозволяє більш повно використовувати потенціальні властивості бетону.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Встановлена необхідність уточнення розрахунку міцності залізобетонних балок за нормальними перерізами для зниження їх матеріалоємності.

2. Виконаний аналіз методів оцінки технологічної пошкодженості композиційних будівельних матеріалів.

3. Експериментально обґрунтовано вплив технологічної пошкодженості бетону на міцностні та деформативні характеристики, а також тріщиноутворення в нормальних перерізах залізобетонних балок з різними кількістю і дисперсністю наповнювача.

4. Вивчений вплив кількості та якості мінерального наповнювача на технологічну пошкодженість бетону. Підтверджується участь наповнювачів в організації структури бетону і формуванні технологічної пошкодженості. Зокрема, мінімальні значення пошкодженості набуті при Sy=300 м2/кг і Н=10%, а максимальні – при Sy=100 м2/кг і Н=8%. При цьому, максимальні зміни (61% і 37%) зазнають коефіцієнти, відповідно, Кns і КnL.

5. Встановлений вплив Н і Sy наповнювача на физико-механічні характеристики бетонів (Rb, Eb), що дозволяє змінювати їх в досить широких межах і, тим самим, більш повно використовувати потенційні властивості бетону, зокрема змінювати Rb до 27%, Eb до 42%. Запропоновані відповідні квадратичні залежності призмової міцності та початкового модуля пружності бетону.

4. Проведений аналіз довів суттєвий вплив кількості та якості наповнювача на зміни модуля деформацій, пластичних, пружних та повних деформацій, їхню залежність від технологічної пошкодженості бетону. Застосування наповнювачів певних співвідношень кількості і дисперсності веде до значної зміни деформативних характеристик бетонів і, отже, до зміни модуля деформацій (Е'b ) більш, ніж на 20%.

5. Аналіз напружено – деформованого стану залізобетонних елементів показав, що на початковому етапі розвитку нормальні тріщини, як і похилі, розвиваються по енергетично вигідному шляху – траєкторіям технологічних тріщин. Тому, управляючи технологічною пошкодженістю, можна змінювати умови роботи, кінетику зростання і, частково, траєкторію тріщин.

6. Вивчено вплив кількості і дисперсності мінерального наповнювача на зміну прогинів і висоту стислої зони залізобетонних балок. Встановлено, що зі збільшенням коефіцієнтів пошкодженості несуча здатність залізобетонних балок зменшується на 7%. На різних рівнях навантаження для приведених складів відносна висота стислої зони бетону може змінюватися в 2 і більше разів. Встановлено, що на всіх трьох прийнятих рівнях моментів при порівнянні значень прогинів залежно від якості наповнювача їхні зміни коливаються в межах 193% – 8,7%.

7. Встановлено вплив кількості і якості мінерального наповнювача на зміну коефіцієнта s , який максимально проявився на рівні 0,2 – 0,5 Rb і становить близько 20%. Запропоновані відповідні квадратичні залежності коефіцієнта s з урахуванням зернового складу наведених бетонів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Постернак С.А., Олейник Н.В., Постернак И.М. Влияние количества и качества наполнителя на прочность и деформативность бетонных призм // Вісник ОДАБА. Вип. 9, - Одесса, 2003. – с. 163 – 168.

Внесок здобувача – проведення експерименту, обробка результатів, формулювання висновків.

2. Постернак С.А., Олейник Н.В., Постернак И.М. Влияние количества и качества наполнителя на начальную технологическую поврежденность // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. – Рівне: УДУВГП, – 2003. – вип. 9. – С. 105 – 111.

Внесок здобувача – проведення експерименту, обробка результатів, формулювання висновків.

3. Постернак С.А., Постернак А.А., Олейник Н.В., Постернак И.М. Оценка технологической поврежденности бетонных призм // Будівельні конструкції: Зб. наук. пр. – К.: НДІБК. – 2003. – вип. 58. – С. 84 – 89.

Внесок здобувача –виготовлення зразків, вимірювання довжин технологічної пошкодженості зразків-призм, аналіз коефіцієнтів пошкодженості.

4. Дорофеев В.С., Олейник Н.В. Изменение относительной высоты сжатой зоны бетона при варьировании количества и качества наполнителя // Вісник ОДАБА. Вип. 16, - Одесса, 2004. – с. 54 – 62.

Внесок здобувача – проведення експерименту, обробка результатів, формулювання висновків.

5. Олейник Н.В. Изменение коэффициента s, моделируемого варьированием структурных факторов. // Вісник ОДАБА. Вип. 20, - Одесса, 2005. – с. 288 – 299.

6. Дорофеев В.С., Олейник Н.В., Бреднев А.М. Влияние количества и качества наполнителя на изменение прогибов железобетонных балок. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. – Рівне: УДУВГП, – 2006. – вип. 14. – С. 175 – 182.

Внесок здобувача – проведення експерименту, обробка результатів, формулювання висновків.

АНОТАЦІЯ

Олійник Н. В. Вплив технологічної пошкодженості бетону на міцність та тріщиностійкість залізобетонних елементів, що згинаються, по нормальним 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, 2007р.

У дисертації розглядаються експериментальні та теоретичні дослідження роботи бетонних призм при стисненні та залізобетонних елементів при згині з урахуванням технологічної пошкодженості.

Визначений впив кількості та дисперсності мінерального наповнювача на технологічну пошкодженість бетону, фізико-механічні та деформативні характеристики бетону, на величину відносної висоти стислої зони, на зміну прогинів залізобетонних балок та коефіцієнта s при розрахунку за нормальними перерізами .

Досліджений характер утворення і розвитку нормальних і похилих тріщин в залізобетонних балках.

Встановлений вплив технологічної пошкодженості бетону на фізико-механічні характеристики бетону та на величину руйнуючого моменту залізобетонних балок.

На підставі отриманих результатів перевірку несучої здатності елементів, що згинаються, з урахуванням технологічної пошкодженості бетону рекомендується здійснювати диференційно в залежності від зміни кількості і дисперсності мінерального наповнювача.

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

АННОТАЦИЯ

Олейник Н. В. Влияние технологической поврежденности бетона на прочность и трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов по нормальным сечениям – Рукопись.

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

Содержание диссертации

Введение. Во введении обоснована актуальность, цель и задачи исследований, научная новизна, практическое значение работы, дана её общая характеристика.

Раздел 1. Приведен обзор работ по исследованию процессов твердения бетона, механики образования и развития технологических трещин в его структуре и факторов, влияющих на образование и величину технологической поврежденности бетона. Рассмотрены этапы развития методов расчета прочности нормальных сечений железобетонных изгибаемых элементов с момента начала этих исследований до современных. Выяснено, что ни раньше, ни сейчас технологическая поврежденность в расчетах железобетонных изгибаемых элементов не учтена. В этой связи поставлены задачи дальнейшего исследования прочности нормальных сечений железобетонных изгибаемых элементов с учетом технологической поврежденности бетона.

Раздел 2. Представлены характеристики экспериментальных образцов (материалы, способы изготовления, методика применения наполнителя). Изложены методы определения технологической поврежденности и способы определения коэффициентов. Приведены методики проведения испытаний. Призмы испытывали на сжатие с целью определения влияния технологической поврежденности на прочностные и деформативные свойства бетона. Экспериментальные балки испытывали по статической схеме как однопролётные, свободно опёртые, загруженные двумя сосредоточенными силами, расположенными на расстоянии Lo/3 от опор для изучения характера образования, развития трещин под нагрузкой и разрушения балок в зависимости от количества и качества применяемого наполнителя.

Раздел 3. Приведены коэффициенты технологической поврежденности, определенные по характерным линиям и выделенным площадям бетонных призм и железобетонных балок. Проведен анализ влияния количества и дисперсности минерального наполнителя на характер поврежденности и величины коэффициентов. Приведен анализ результатов экспериментальных исследований бетонных призм на сжатие. На основании экспериментальных данных были получены графики “напряжения – деформации”, и, исходя из них, определялись: величины полных, упругих и пластических деформаций сжатия, начального модуля упругости, призменной прочности, модуля деформаций. Далее каждая характеристика изучалась в зависимости от количества и качества наполнителя, а призменная прочность и начальный модуль упругости и от коэффициентов поврежденности, что позволило установить зависимость физико – механических и деформативных характеристик бетона от технологической поврежденности.

Раздел 4. Исследован характер образования и развития нормальных и наклонных трещин в железобетонных балках, который показал, что на начальном этапе нагружения нормальные трещины, как и наклонные, развиваются по траекториям технологических трещин (энергетически выгодному пути). Затем эксплуатационные трещины развиваются путем пересечения структурных блоков (ячеек). Разрушение балок происходило по нормальной трещине в зоне чистого изгиба с образованием выкола бетона у ее вершины. Проведенный анализ влияния технологической поврежденности на разрушающие моменты показал, что с увеличением коэффициентов Кns і КnL значения Мu уменьшаются. Сравнение результатов расчета по действующим нормам и определение опытным путем прогибов железобетонных балок показало, что экспериментальные значения существенно меньше, особенно при максимальных количестве и дисперсности наполнителя (Н=12% и Sy=300 м2/кг). Минимальные значения относительной высоты сжатой зоны получено при Н=8% и Sy=100 м2/кг, а максимальные – при Н=12% и Sy=300 м2/кг, при этом разница в значениях достигала более 100%.

Раздел 5. Исследуется влияние изменения количества и качества наполнителя на коэффициент s вследствие его существенного влияния на ширину раскрытия трещин. С целью уточнения этого коэффициента проведены расчеты по существующим (нормативный) и с учетом опытных данных. По полученными результатам сделан вывод, что к уровню М 0,7Мu нормативные и экспериментальные значения s имеют определенные расхождения. Но дальше, с ростом нагрузки, они сближаются и достигают максимального значения – единицы. Поэтому, для определения степени влияния качества и количества минерального наполнителя на изменение величины коэффициента s выбрано три уровня внешней нагрузки: М = 2500; 4500; 6500 Н м. На разницу между нормативными и определенными с учетом эксперимента значениям коэффициента s влияют и количество, и дисперсность наполнителя в равной степени. Это влияние максимально выражено у составов с Н = 12% и с Sy = 100 м2/кг (20% – 2%). Следовательно, с увеличением количества наполнителя и уменьшением дисперсности растет и степень отличия коэффициента s, определенного по нормам и с учетом эксперимента.

В выводах приведены результаты экспериментально – теоретических исследований влияния количества и дисперсности минерального наполнителя, а также технологической поврежденности на физико – технические, деформационные характеристики бетонных элементов и железобетонных балок и коэффициент s.

На основании полученных результатов проверку изгибаемых элементов по несущей способности с учетом технологической поврежденности бетона рекомендуется проводить дифференцированно в зависимости от изменения количества и качества минерального наполнителя.

Ключевые слова: бетон, железобетон, изгибаемые элементы, технологическая поврежденность бетона, трещиностойкость, прочность, нормальные сечения, расчет.

ANNOTATION

Oliynyk N. V. Influence of technological injury of concrete on the hardiness and stability of crack curved reinforced-concrete elements on normal sections. – The manuscript.

Thesis on a scientific degree of the Candidate of Engineering Science on a specialty 05.23.01 – Building constructions, building and structures. – Odessa State Academy of Building and Architecture, Odessa, 2007.

In dissertation experimental and theoretical researches of work of concrete prisms are tested at the compression and reinforced concrete elements at a beam taking into account technological damaged.

The influence quantity and quality mineral fillion have been studied and set on technological injury of concrete, physics-mechanical and deformed characteristics of concrete, on relative altitude by compressed zone, on load – deflection relation reinforced concrete beams and coefficient s on normal sections.

The influence character of formation and development of normal and inclined cracks in reinforced concrete beams.

Set influence of technological to the injury concrete on physics-mechanical characteristics of concrete and on the size of destroying moment of reinforced concrete beams.

In accordance with the receive results the verification of curved members by carrying capacity with account of technological injury of concrete would be recommending to conduct by differential dependence of the change of quantity and quality by the mineral fillion.

Keywords: concrete, reinforced-concrete, curved elements, technological injury of concrete, stability of crack, hardiness, inclined sections, accounts.