Введение к работе
Актуальность. Предварительно напряженные железобетонные конструкции находят широкое применение в транспортном, энергетическом, водохозяйственном и других-видах строительства. Опыт использования преднапряженного железобетона в инженерных сооружениях в виде шпал, плит аэродромных покрытий, одор НЭП, оросительных лотков и др. доказывает их высокую эффективность. Вместе с тем, в результате расширения географии применения преднапряженЕых железобетонных конструкций особое значение приобретает учет действия собственных напряжений, напряжений, вызванных рабочими нагрузками, совместно с температурными и влажностными воздействиями среды. При определенном их сочетании создается реальная угроза преждевременного разрушения конструкций до исчерпания стойкости и несущей способности бетона. Так, морозостойкость предварительно напряженных железобетонных элементов в 2...5 раз меньше, чем морозостойкость бетона, из которого они были изготовлены. В связи с этим возникла необходимость в дальнейшем развитии теории и практики по снижению .уровня нерегла-ментированного напряженного состояния бетона конструкций в период их изготовления и эксплуатации. Решение данной проблемы позволит значительно повысить экономичность и долговечность инженерных сооружений.
Наиболее уязвимым местом предварительно напряженных конструкций являются их концевые,участки, трещиностойкость которых из-за действия местных растягивающих напряжений и распорного действия напряженной арматуры весьма низкая. С целью снижения вероятности образования продольных трещин в большинстве случаев используются пассивные методы, такие как установка косвенной арматуры, снижение величины передаваемого арматурой усилия обжатия, увеличения передаточной прочности бетона и т.п. Все' эти мероприятия требуют дополнительных и нередко весьма значительных затрат без гарантии закрытия проблемы, т.е. "болезнь загоняется внутрь". Поэтому изыскание путей повышения трешдностойкости концевых участков преднапряженных элементов с позиции смягчения или даже устранения причин образования внутренних трещин и значительного увеличения сроков службы их в условиях эксплуатации является весьма актуальным.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Казахского химико-технологического института, координационным планом комиссии "Доэксплуататогонные воздействия на железобетонные конструкции" научно-координационного совета по бетонуй железобетону Госстроя СССР, планом научно-коор-
дщшцаокіїого cosera Манзуза д Гясзтроа Кгзахедой 6GP«- еєдомзт-вашіьгіш пяааама ошггэ-ЕОЕогрукгзрокйх с «аучно^иволедсвавель-аких работ Ыднтрадсс гроя. COOP и Шшюювгроя KasGCP.
Надь и задана работы. Целью ддсоаргацдэшшй раЗаты яддяат-ол гворагичаское ж экспериментальное обоснована .тохяодогячэв-кнх и конструктивных путей довшшния tpocjaioetefixBewi в орозо-стойкоети предварительно шдрякзншх ішло зоба тоннах, кадагруз-цай за' счет совершенствования оеэвдсеэй' технологии .ez нзгоеов^ лення, вдещшдьной дедгоговки аркатури, взсдоная в йсгод деіш-фяруюших добавок, дзмзнодая равунка вывтупоз п&зазддяввкого профиля с.а.
Дйя.до.вїкгвняа.повїаЕявішой дала яьоэхедеэ-резагь сдедую-е^иє задача:
І. Разработать їворетическиз положения о ^адодсіардосеях формирования напрякедЕо-дефоршровашаго состояния бэгэда в концевых участках конструкций.
Z. Сформулировать принципы прогяозароваддя стойкости конструкций и-разраоотать, приеш обеспечения равдой кзрэзовтой-кости изделий я бэг-оаа, из которого они изготовлены».
3. Разработать нормативные докушнтыхдля цдезодого даполь-вания дреддокешшх приемов в юнзгруйрозаагз, раотате-а технологии изготовления железобетонных.изделий.
Научвая новизна. Сформирована пр'єдєе^елое^.'і о причинах преждевременного разрувздая в' условиях зЕсплуатаиди ряда пвэд-вардгельяо напрясенных еєлє зобегодках кэдогрудцдй ( едол,.шшї аэродромных ц дорошшд докрдтпа, оросител>дцх лотков» ошр ЯЭИ и др.) , осноладяда да учзтз'сф|окга далогеша и еукнаро-' ваная собственных дапрягздпа в Сзгодэ концевых участков але-изнтов с напрядзддяш». дакздгошддд: от акдосфорных воздайст-вий.
Цредлоаеиа физическая'издсс работы сцепления, основанная на учето изменения сдарігсї^есйзго состояния визтсид срд дере-мзшвниях и взайыанх скзкзниях ер^аїурц д 6отод~ё» д да згой основе предложен новый критерий оценка шдряидц&гЬ-" состояния коыдзвых участков конструкций - цодаїлдБоагі жштакгяого слоя мввду аротурой и ботокоы.
Предложен катсматичзвкий аппарат для едредедэяия распределения кодхактшх напряжений ш длине зодд дзрадачи уешшй обжатия id тадге для определения работы ецзшіедия и образования про доль лдх и поперечных трещин.
Выявлена зависниэеЪъ мекду величиной мевтных раотягшзаших напряжений, харахтзроа .пх раопрвд&яаноя аэ длине зоны аякэрэвви и податливо о тьв контактного олоя. На этой основе предложены технологдчэакав и коногрукгивныэ пути пэвышэнля трвциноогой-кооти и морозоотойко,стя' конструкций»
установлено влияние на стойкость концевых у.чаоскоз конструкций податлііЕооти контактного елоя, явдяшзися функцией ре-аша передачи напряжений при отпуске иатяяоедя apt-атурн, демпфирующих способностей композиций для покрытия, аркатуры л пористой присадки к кзлкому заполнителю, рисунков выотупов пзріоди-чзокого профиля.арка туры я других параметров, оушеотЕзкно ваз-шх при-проектирований, изготовлении д эксплуатации пзлоэобе-гояных конструкций.
Показана качественная и количественная зависимость величины проскальзывания арматуры и податливости контактного олоя от режима передачи усилий и передаточной прочности бетона при ступенчатом огпуЪке натяжения арматуры.
установлена Зависимость меаду раопорностыэ аріитурн и рп-вунком'выотупов периодического: профиля, чтб позволило разрабо~ тать малораспорный и экономически эффективный вид арматуры, обладающей новым фактором ецэпления - внутренним заклиниванием, который позволяет снизить вероятность образования продольных трещин»
Выявлена зависимость мекду передаточной прочностью, бетона, режимом отпуска натяжения арматуры и характером внутреннего гре.цияообраэоваяяя.
Развиты теоретические полокения зависимости стойкости бетона- от его напряженного состояния и установлены причины,механизм и факторы, определяете характерные разновидности разрушения келезобетонанх элементов в результате многократного задаражи-ваяия и оттаивания.
Практическое значение работы. ПредлоЕзян конструктивные и технологические приемы повышения' трещшостойкости концевых участков предварительно напряженных келезобегонных конструкций, снижения их материале- и энергоемко с та', увеличения срока слуабн в условиях многократного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания и других атмосферных воздействий.
Разработана методика расчета контактных усилий и расгягн-ваодих яапряаенай в зона аякеровкп, позволявшая на этапе проектирования повысить качество конструкций.
Установлена редептура пояшврпзмвнтных композиций, исйоль-зуемых в качестае двиодируварй прослойки мэиду бетоном и арматурой для снижения кзогаах шпракеяий в зоне ях активного взаимодействия, повышения прочности и морозостойкости сцепления.
Разработан метод регулирования яалрЯЕаанргв состояния бетона концевых участков железобетонных элементов ,аа счет ступенчатого отпуска натяжения арматуры в процессе тепловой обработки ( авт.св-во )р 1209ьШ ) и установлены его оптимальные режимы.
Разработаны методики оценка экономической вффекхивяости периодического профиля и исследования сцепления бе.гона с арматурой практически любого профиля на стадии ег разработки (авт. св-во # 953496} .
Разработаны варианты малораспорной стержневой арматуры с экономически и технически эффективным зигзагообразным профилем ( авт.св-ва № 953ц40, І52ІЦ.42 и I5d27I6) .
Установлено, что введение в состав природного песка мелкого порисгого заполнителя снижает уровень растягиваюшдх напряжении и вероятность образование дрезин, а такие повышает- морозостойкость конструкции.
Разработан ряд методик и приборов для определения: напряженно-деформированного состояния бетона и арматуры в зоне их взаимодействия; объема вовлеченного воздуха в бетонной смеси; шюьади поперечного сечения ариатуры и доли металла, приходящейся на выступы; а также для исследования сцепления арматуры с бетоном, для наблюдения за процессом трец^инообразования в бетоне контактного слоя и др.(авт.св-ва few 179526b, b77434, 932249, ЬОІбІЗ) .
Внедрение результатов. Принцип учета влияния напряженного состояния бетона концевых участков предяапрякенных конструкций и метода его уменьшения использованы при разработке ГОСТ IG629-7ь "Шпалы железобетонные предварительно напряженные для железных дорог колея 1520 ми. Технические условия".
Возможность увеличения трещиностойкосги торцов железобетонных изделии и снижения передаточной прочности бетона при ступенчатом отпуске натяжения аркатуры в процессе тепловой обработки отражена в рекомендациях по регулированию напряжения в арматуре, разработанных совместно' с НЮТБ Госстроя СССР.
Технические условия на плоскую и овальную стержневую арматуру, включающие основные параметры зигзагообразного профиля,
разработали по результатам лабораторных л частично проюнвдан-ных испятаяиЛ.
На оолове полученных в работе данных изданы рекоивадяшш по определению экоиоиачеяцрй вфдекгивнои ти рииуяка периедамю'С-кого профнхя ариатур*, ва і*пол»їЄваяию в качестве мелкого заполнителя гранулирвваавог* шлака фвеф»риого про наведетва. Одяо-взтвевыв пряопоряыв каркасы, станки для изготовления нераекру-чивавдихся сцнралей^-вгупенча,тей отпуск натяжения аркатуры в период тепловой обработки иэфалик внедрены на заводах 2Ш П.О. "ІОгсгройконсгрукцші" и "Аатюбннскстрой",
Да, защиту выносятся,. Основы теории раочега технологической грецаностойкости, экспериментальные данные о причинах, механизме и характере'деформирования, тречинообразования я разрушения бетона концевых учаатков преднапряхенных келезсйетонных конструкций при передаче уоилий обиатня и чередующихся воздействиях среды.
Конструктивные* и техвелогичвокие приемы', способствующее онижению уровня напряженного соогояшя и уменьшающие опасность внутреннего rpespaoodpaecBaaari в бетоне по длине гены а-нкеров-ки.
Результаты исследования деформирования бетона, поэтапно на-грукаешго в процессе тепловой обрабетки, и изменения при этом его деформатжвно-прочностннх характеристик; взаимодействия бетона с арштурой при ступенчатом отпуеке ее натяжения и наличии демпферного слоя между тин.
Принцип проектирования рисунка Ъериодичевкоге профиля сгер-гшевой арматуры, обеспечиваыега, пэшшэ надежного сцепления и незначительной распорноетн, высокую экономическую эффективность по использованию металла»
Основные законошрностя влияния параметров армирования и свойств бетона на кинетику деструктивных процессов, происходящих в железобетонных алеквятазс в условиях многократного замораживания и оттаивания.
Метода экспериментальных исследовадЕД-работы арматуры и бе-тока в зоне их актизяоге взаягэдвйотвия.
Апробация прлучен"чх. рдзут^гатоБ» Материалы диссертации были долокены на II Всесоюзных, 5 республиканских и региональных конференциях, совещаниях и на 18 вузовских научных конференциях. Ствркневая арматура с зигзагообразным периодическим профилем от^зчона з 1982 г. Бронзовой иедалью ВДНХ СССР. Некоторые прак-
тические разработки выставлялись на ВДНХ СССР в 19ЬЬ г., и на чрмарке МЕ-чі9, на выставке "Наука" в Иь4 г. в г.Алма-Ате. Работа заслушала и обсуждена на шккафедральном семинаре сірои-гельно-гехволагп час кого факультета Казахского химико-технологического института. По материалам работы издана монография.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, обіцпх выводов, списка литературы и приложений, имеет 429 страниц, машинописного текста, в гсы числе 142 иллюстрации и 33 таблица, список литературы - 282 наименования.