Введение к работе
Актуальность работы. Одна из актуальных задач развития строительства связана с разработкой новых материалов и внедрением эффективных строительных конструкций. В настоящее время в строительной отрасли ведутся раз-' работки, направленные на снижение удельного веса несущих конструкций, материалоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, повышение несущей способности, трещиностойкости, долговечности конструкций, улучшение архитектурных и эксплуатационных качеств зданий и сооружений. Одним из направлений развития несущих конструкций является создание слоистых конструкций. В настоящее время в строительстве слоистые конструкции получили достаточно большое распространение. В таких конструкциях рационально объединяются и совместно работают материалы, обладающие разными физико-механическими и химическими свойствами.
Из практики эксплуатации железобетонных конструкций известно, что они тяжелы, проницаемы для жидкостей и газов, не стоики к воздействию химически агрессивных сред, плохо сопротивляются абразивному гидроизносу и т.д. Поэтому комплекс воздействий: нагрузка, низкая температура, химические агрессивные среды - в течение короткого срока выведет железобетонные конструкции из строя. Это снижает возможность применения железобетонных конструкций в ряде случаев, особенно при воздействии агрессивных сред. В таких случаях возникает необходимость в химически стойких бетсних. Наиболее известными высокопрочными химическими стойкими бетонами ь настоящее время являются полимербетоны, в которых в качестве вяжущих используются синтетические смолы. На кафедре железобетонных и каменных конструкций ВГАСУ под руководством Ю.Б. Потапова был получен на основе жидких каучуков каучуковый бетон (или сокращенно каутон), который обладает благоприятными физико-механическими характеристиками, высокой химической стойкостью и может наряду с эффективными видами полнмербетоиов запять свое место при решении проблемы защиты от коррозии различных изделий и конструкций, работающих в условиях воздействия агрессивных сред. Исследования многих авторов в области каутоновых конструкций свидетельствуют, что каутон обладает высокой прочностью, трещиностойкостью и (фактически универсальной коррозионностойкостыо. Нами предлагается использовать каутон в растянутой зоне слоистых конструкций .для повышения несущей способности, трещиностойкости и снижения деформативности железобетонных конструкций.
В слоистых конструкциях из бетона и каутона эффективно используются наиболее ценные свойства и преимущества каждого из материалов. Бетон хорошо работает на сжатие, каутон же имеет высокую прочность и на сжатие, и на растяжение. Кроме того, расположение арматуры в слое из каутона способствует изолированию арматуры от агрессивного воздействия среды. Таким образом, исследование работы комбинированных слоистых элементов строительных конструкций, состоящих из бетона и каутона, является актуальным и имеет практическое значение. Решение поставленных в диссертационной работе задач позволит разработать способы расчета слоистых изгибаемых элементов из кау-
тона и бетона по прочности, трешинообразованиго нормальных сечений и деформативности, повысить эффективность и надежность несущих строительных конструкций.
Данная работа посвящена экспериментальному исследованию прочности, трещиностойкости нормальных сечений и деформативности двухслойных изгибаемых элементов прямоугольного поперечного сечения с верхним слоем из бетона и нижним слоем из каутона при поперечном изгибе под воздействием кратковременных нагрузок и сравнению их работы с работой подобных армо-каутоновых, обычных и предварительно напряженных железобетонных изгибаемых элементов. На основе обобщения литературных данных и результатов исследований предлагаются способы расчета и применения этих элементов с учетом особенностей их работы.
Цель диссертационной работы - экспериментально выявить зависимости прочности, трещиностойкости нормальных сечений и прогибов двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов, определить их напряженно-деформированное состояние при поперечном изгибе, выявить оптимальные значения отношения толщин слоев и процента продольного армирования, разработать рекомендации по расчету каутоно-бетонных изгибаемых элементов, доказать возможность применения двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов в качестве альтернативы предварительно напряженным железобетонным изгибаемым элементам.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи-.
исследовать сцепление каутона с бетоном;
получить экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии, прочности, трещиностойкости нормальных сечений и деформативности двухслойных армированных каутоно-бетонных изгибаемых элементов при поперечном изгибе под воздействием кратковременных нагрузок;
выполнить сравнительный анализ работы двухслойных каутоно-бетонных, однослойных железобетонных и армокаутоновых изгибаемых элементов;
адаптировать, применительно к двухслойным каутоио-бетонным изгибаемым элементам, способы расчета прочности, трещиностойкости;
показать способ расчета прогибов двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов;
выполнить сравнение работы двухслойных каутоно-бетонных и предварительно напряженных железобетонных изгибаемых элементов;
дать рекомендации по применению двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов;
определить экономическую эффективность применения предложенных рекомендаций.
Научная новизна работы:
- получены экспериментальные данные о прочности, трещиностойкости
нормальных сечений и деформативности двухслойных изгибаемых элементов
из каутона и бетона при поперечном изгибе;
- получены экспериментальные данные о прочности сцепления между бе-
тоном и каутоном при сдвиге;
получены зависимости, показывающие влияние процента продольного армирования и толщины слоя каутона на прочность, трещиностойкость нормальных сечений и деформативность двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов;
адаптирован способ расчета прочности нормальных сечений железобетонных изгибаемых элементов применительно к двухслойным каутоно-бетонным изгибаемым элементам;
разработан способ расчета по трещиностойкости нормальных сечений;
выполнено сравнение работы двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов с подобными железобетонными, армокаутоновыми и предварительно напряженными железобетонными изгибаемыми элементами;
дана оценка экономической эффективности применения двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов.
Практическое значение работы. Установленные зависимости по сопротивлению нормальных сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов и представленные способы расчета позволяют оценить прочность, трещиностойкость нормальных сечений и прогибы таких элементов, что обеспечит грамотное проектирование коррозионностойких каутоно-бетонных конструкций.
Внедрение в строительство каутоно-бетонных конструкций, разработанных по предложенным методикам, повысит надежность и увеличит сроки службы зданий и сооружений, эксплуатирующихся в условиях агрессивного воздействия среды, и в определенных случаях позволит использовать их вместо предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Реализация работы. Разработаны и изданы «Рекомендации по проектированию нормальных сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов» для применения в проектных институтах ООО «Генпроектстрой», ООО «ТМ Метарх», ООО «ВПК».
Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс Воронежского государственного архитектурно строительного университета: использованы при чтении лекций по спецкурсу студентам и магистрантам, а также в дипломном проектировании.
Достоверность полученных результатов и выводов по работе обеспечена методически обоснованные* комплексом исследований с использованием современных тарированных средств исследований и измерений, строгостью постановки задач исследований, статистической обработкой результатов, тщательно подготовленными и проведенными испытаниями и положительным практическим эффектом, а также сопоставлением результатов испытаний с результатами, полученными с использованием разработанных способов расчета.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на трех всероссийских научно-технических конференциях «Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий» (г. Воронеж, 2008-2010 гг.), 12-й межрегиональной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 2009 г.), Всероссийской науч-
но-практической конференции «Инновации в авиационных комплексах и системах военного назначения» (г. Воронеж, 2009), XIII Международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г. Москва, 2010 г.).
Результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 6 научных статьях, 2 из которых опубликованы в изданиях, входящих в перечень, определенный ВАК РФ.
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований, направленных на изучение возможности создания слоистых конструкций из бетона и каутона;
результаты исследований по изучению прочности, трещиностойкости, напряженно-деформированного состояния нормальных сечений и деформатив-ности двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов при поперечном изгибе;
зависимости, учитывающие влияние процента продольного армирования и отношения толщин слоев на прочность, трещиностойкость нормальных сечений и деформативность двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов;
результаты сравнения работы нормальных сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов с работой подобных железобетонных, ар-мокаутоновых и преднапряженных железобетонных изгибаемых элементов;
способы расчета прочности, трещиностойкости нормальных сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов;
- экономическая эффективность двухслойных каутоно-бетонных изги
баемых элементов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка использованных источников, приложений. Диссертация содержит 185 страниц, в том числе 126 страниц машинописного текста, 137 рисунков, 83 таблицы, 5 приложений, список использованных источников из 159 наименований.
Похожие диссертации на Двухслойные каутоно-бетонные изгибаемые элементы строительных конструкций
