Введение к работе
Актуальность. Современному строительству требуются легкие эффективные железобетонные конструкции и изделия полной заводской готовности, обеспечивающие в сжатые сроки монтаж здании и сооружений при минимальных затратах труда на строительной площадке. В связи с этим повышение требований к материалам и конструкциям, а также совершенствование методов их расчета и проектирования является важной задачей.
Одним из путей является использование в железобетонных конструкциях дисперсной арматуры. Дисперсно армированные бетоны представляют собой разновидность обширного класса композиционных материалов, применяемых в последнее время все более широко. Особый интерес представляют бетоны, армированные минеральными волокнами, главные достоинства которых - дешевое природное сырье и близкие к их железобетонным аналогам прочностные характеристики. Наличие в бетоне минеральных волокон увеличивает прочность н жесткость конструкций, повышает трещиностойкость, улучшает морозостойкость и ударную стойкость, сопротивление усадке, ползучести и другие характеристики.
В этой связи значительный теоретический и практический интерес представляют вопросы исследования свойств керазитофибробетона и напряженно-деформированного состояния изгибаемых керамзитофиб-рожелезобетонных элементов, имеющих комбинированное армирование - традиционное стальное н дисперсное неметаллическое фибровое. Существующие в настоящее время нормативные методы расчета железобетонных элементов по предельным состояниям не учитьшают или учитывают не в полной мере работу растянутого бетона. Однако при фибровом армировании прочность бетона на растяжение резко-увеличивается, что дает основание дополнительно учитывать его в расчетах. Мало изученными являются в настоящее время и вопросы повышения характеристик керамзитофибробетона в зависимости от содержания в нем фибр.
Данная работа направлена на дальнейшее совершенствование норм и посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию керамзитофибробетона и изгибаемых железобетонных элементов из него при кратковременном загружении.
Цель диссертационной работы:
- исследовать физико-механические свойства конструктивного керамзитофибробетона с различными видами фибр и процентом фибрового армирования и работу железобетонных изгибаемых элементов из него с ненапрягаемой арматурой, а также возможности сочетания линейного и фибрового армирования; предложить методы расчетной оценки характеристик конструктивного керамзитофибробетона, а так-
же несущей способности, трещиностоіікости и деформативностн желе зобетонных изгибаемых элементов из него. Автор защищает:
результаты экспериментальных исследований конструктивной: керамзитофибробетона с различными видами фибр;
результаты экспериментальных исследований прочности и де формативности различных видов фибр - полипропиленовых, минера ловатных, стекловолокон, базальтового ровинга и грубого базальтово го волокна;
выбор в качестве базового вида фибр грубого базальтового волокна (ГБВ);
результаты статистической обработки полученных опытных данных и рекомендованные значения нормативных и расчетных сопротивлений конструктивного керамзитофибробетона по первой и второй группам предельных состояний;
результаты экспериментальных исследований работы железобетонных изгибаемых элементов с обычной ненапрягаемой арматурой и: конструктивного керамзитофибробетона;
аналитические зависимости для определения прочностных и де-формативных характеристик конструктивного керамзитофибробетона в зависимости от процента содержания в нем фибр;
методы расчета прочности нормальных сечений железобетонных изгибаемых элементов с учетом работы растянутой зоны бетона в предельной по прочности стадии;
- способы расчетной оценки трещиностойкости железобетонных
изгибаемых элементов из конструктивного керамзитобетона;
- учет свойств и характеристик керамзитофибробетона в расчетах
деформатшшости и ширины раскрытия трешин по СНиП.
Научная новизна работы:
получены новые экспериментальные данные о сопротивлении конструктивного керамзитофибробетона с различными видами волокон и различными процентами армирования осевому сжатию и растяжению;
даны практические рекомендации по выбору базового вида фибры и рациональному диапазону изменении процента армирования ею конструктивного керамзитофибробетона;
получены новые экспериментальные данные о сопротивлении железобетонных изгибаемых элементов из конструктивного керамзитофибробетона с различным армированием стальной арматурой;
выявлено экспериментально и теоретически доказаны возможности фибрового армирования как способа снижения расхода и понижения уровня преднапряжения стальной арматуры;
предложены зависимости для описания прочностных и яеформа-тивных характеристик конструктивного керамзитофибробетона и его полной диаграммы " (У - /";
разработаны методы расчета прочности нормальных сечений железобетонных балок с сочетанием линейного и фибрового армирования с учетом работы растянутой зоны сечения;
приведены способы расчетной оценки деформативности и трещи-ностойкости железобетонных балок из керамзитофибробетона;
проведено уточнение различных коэффициентов деформативности и трещиностойкости в рамках расчетной методики СНнП.
Достоверность разработанных рекомендаций и методов расчета подтверждается результатами статистической обработки опытных результатов автора и других исследователей.
Практическое зиачеиие и внедрение результатов работы. На основании выполненных исследований разработаны практические рекомендации по определению прочности и деформативности конструктивного керамзитофибробетона и по расчету прочности, деформативности и трещиностойкости изгибаемых железо-бетонньи элементов из него.
Рекомендации автора позволяют более точно оценить сопротивление керамзитофибробетона и железобетонных изгибаемых элементов из него однократному кратковременному силовому воздействию, армировать их более рационально, снижая расход и уровень предна-пряжения стальной арматуры.
Разработанные рекомендации приняты Всероссийским научно-исследовательским центром "Строительство" (НИИЖБ + ЦНИИСК + НИИОСП)для использования при подготовке новых нормативных документов, а также использованы региональным институтом "Севкав-НИПИагропром" в "Рекомендациях по расчету и проектированию железобетонных балок из конструктивного керамзитофибробетона".
По результатам испытаний автора на Ростовском и Соколовском заводах ЖБИ освоен выпуск натурных фнброжелезобетонных конструкций - дорожных плит и колец смотровых колодцев, что дало экономию бетона в среднем до 20 % и арматуры до 15 %.
Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс в Ростовской-на-Дону государственной академии строительства, Ростовском государственном архитектурном институте, Новочеркасском техническом государственном университете, Воронежской государственной архитектурно-строительной академии и Кабардино-Балкарском аграрном институте - они включены в программу курсов железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей.
Апробация работы и публикации.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в одиннадцати статьях автора, а также в двух научно-технических отчетах РГАС и СевкавНИПИагропрома.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной научно-технической конференции (Ростов-на-Дону, 1994), на заседании секции железобетона Ростовского областного управления НТО строниндустрии (Ростов-на-Дону, 1995), на научно-технических кон-, ференциях РГАС и СевкавНИПИагропрома в 1992...96 гг.
Работа выполнялась в соответствии с общероссийской научно-технической программой "Архитектура и строительство" в 1992...1996 гг. на кафедре железобетонных и каменных конструкции Ростовскон-на-Дону государственной академии строительства.