Введение к работе
Актуальность работы. Мировой опыт развития железобетонных конструкций неразрывно связан с улучшением физико-механических свойств материалов, используемых при изготовлении конструкций, и совершенствованием методов расчета железобетонных конструкций.
В бывшем СССР, а затем и в странах СНГ, основным видом арматуры периодического профиля, применяемой в качестве рабочей арматуры железобетонных конструкций, до последнего времени была горячекатаная арматура класса А400 (A-Ш) марок 35ГС и 25Г2С. Из-за дефицита ферромарганца более 70 % арматуры этого класса производится из стали марки 35ГС с содержанием углерода до 0,39 %, и по международным стандартам эта сталь считается несвариваемой.
Большинство экономически развитых стран мира перешли или переходят на производство и применение в обычном железобетоне одного класса свариваемой арматуры - А500С с нормативным пределом текучести 500 МПа.
Для Республики Беларусь, не имеющей своих источников черных металлов, реальный путь расширения производства ненапрягаемой арматуры -это переход на применение термомеханически упрочненной арматуры с пределом текучести не менее 500 МПа из углеродистой стали, что позволит выйти на мировой рынок с продукцией, соответствующей стандартам развитых стран и при этом экономить дорогостоящие легирующие добавки.
В настоящее время Белорусский металлургический завод (БМЗ) освоил технологию производства арматуры из углеродистой стали марки СтЗсп, при этом экономия дорогостоящих легирующих добавок в расчете на 100 т стали составляет: марганца - 800...900 кг, кремния - 450...600 кг. Это снижает себестоимость проката на 15 %. Нормированные требования к производству арматуры класса Ат500С установлены ГОСТом 10884-94 и ТУ РБ 04778771-001-93. Однако нормативной базы для применения арматуры класса Ат500С сегодня нет, поэтому проектировщики и строители используют ее с показателями арматуры А400.
Этим обусловлена необходимость проведения комплексных исследований с целью разработки рекомендаций по применению арматуры класса Ат500С в изгибаемых железобетонных конструкциях в Республике Беларусь.
В проекте СНЕ 5.03.01-98 основная расчетная модель сечений построена с использованием диаграмм деформирования материалов. Поэтому исследования прочностных и деформативных характеристик арматуры класса Ат500С, которая впервые внесена в проект новых норм СНБ 5.03.01-98 как St500, имеет важное научное и практическое значение.
Связь работы с крупными научными темами. Работа является разделом комплексной программы "Стройпрогресс-2000" научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя РФ, а также государственной программы
"Разработка национального комплекса научно-технической документации в стронтельстве" (п. 1.1.13) Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь.
Целью диссертационной работы является обоснование условий применения в изгибаемых железобетонных конструкциях термомеханически упрочненной арматуры класса AtSOOC из углеродистой стали.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать механические свойства арматуры Ат500С из стали марки СтЗсп в состоянии поставки;
разработать предложения по нормированию диаграммы деформирования арматуры класса Ат500С;
исследовать влияния масштабного фактора (диаметра арматуры) на параметры диаграммы деформирования арматуры;
исследовать влияние различных видов сварки на механические свойства арматуры;
исследовать прочность, трещиностойкость и деформативность изгибаемых железобетонных элементов с рабочей арматурой класса Ат500С, имеющей различные диаграммы "ст -е";
провести апробацию методов расчета прочности, трещиностойкости и деформативпости изгибаемых элементов с новым классом арматуры Ат500С по проекту СНБ 5.03.01-98;
теоретически исследовать влияние прочности бетона и процента армирования на ширину раскрытия трещин в нормальных сечениях изгибае-мых элементов.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является
ненапрягаемая термомеханически упрочненная арматура класса Ат500С из
углеродистой стали марки СтЗсп иизгибаемые желчетонные элементы,
армированные ею. Предмет исследования - механические и технологиче-
ские характеристики указанной аДпуры прочность трещиностойкосГ и
деформативность изгибаемых ж^о^ош^^шТ^^гри^-
рой классаАт500С. железоОетонных элементов раЬочеи армату
Методология и методы проведения ясследования. При выполнлнии данной работы использовались экспериментальные методы исследований механических свойств арматуры, прочности, трещиностойкости и деформа-тивности железобетонных элементов, а также статистические методы обработки экспериментальных данных.
Научную новизну работы составляют:
результаты экспериментальных исследований механических свойств арматуры класса Ат500С из углеродистой стали и их изменчивости в состоянии поставки, а также исследование и нормирование диаграммы деформирования указанной арматуры;
влияние различных видов сварки на механические свойства арматуры;
впервые полученные экспериментальные данные о прочности, тре-щиностойкости и деформативности изгибаемых элементов с продольной арматурой класса Ат500С из углеродистой стали;
экспериментааьные данные о влиянии различных диаграмм растяжения арматуры класса Ат500С {aja,,) на прочность, трещиностойкость и
деформативность изгибаемых элементов;
результаты теоретических исследований влияния прочности бетона и процента содержания рабочей арматуры на динамику развития трещин нормальных сечений изгибаемых элементов;
результаты апробации методов расчета прочности, трещиностойко-сти и деформативности по методике проекта СНБ 5.03.01-98 с использованием нового класса арматуры.
Практическая значимость полученных данных. Выполненные исследования позволили объективно оценить механические свойства арматуры класса Ат500С из углеродистой стали, выпускаемой Белорусским металлургическим заводом, и их изменчивость, дать предложения для включения в нормы проектирования по назначению расчетного сопротивления и нормированию диаграммы деформирования этой арматуры.
Проведенные исследования способствуют внедрению в практику строительства нового класса арматуры, соответствующего стандартам развитых стран, что позволяет экономить дорогостоящие легирующие добавки.
Результаты исследований использованы Белорусским металлургическим заводом при расширении объемов производства арматуры класса Ат500С.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает:
результаты исследования механических свойств арматуры класса Ат500С из стали марки СтЗсп в состоянии поставки, изготовленной Белорусским металлургическим заводом;
предложения по нормированию диаграммы деформирования арматуры класса Ат500С из углеродистой стали;
результаты исследования влияния масштабного фактора (диаметра арматуры) на прочностные параметры исследуемой арматуры;
экспериментальные данные о возможности эффективного использования арматуры повышенной прочности класса Ат500С без предварительного напряжения в железобетонных изгибаемых конструкциях;
результаты исследования влияния физико-механических характеристик арматуры класса Ат500С на прочность, трещиностойкость и деформативность изгибаемых железобетонных элементов;
результаты исследования методик расчета прочности, трещино-стойкости и деформативности, представленных в проекте СНБ 3.03.01-98, с использованием нового класса арматуры.
Личный вклад соискателя. Работа выполнена соискателем самостоятельно на кафедре "Железобетонные и каменные конструкции" Полоцкого государственного университета под научным руководством доктора техниче-
ских наук, профессора Т.М. Пецольда и кандидата технических наук, доцента В.Д. Терина.
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах; VII научно-техническая конференция "Новые направления в строительстве и развитии строительных конструкций и материалов" (Люблин, 1996 г.); международная конференция "Инженерные проблемы современного бетона и железобетона" (Минск, 1997); научно-мбтодические межвузовские семинары "Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь" (Брест, 1996 г.; Гомель, 1997 г.; Могилев, 1998 г.)-
Опубликованность результатов. Основные еоложения яиссертации и результаты, выносимые на рассмотрение, опубликованы в 3 статьях рецен-зируемых сборниках научных работ и в 3 сборниках материалов научных конференций с общей численностью 25 страниц печатного текста.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит ит общей характеристики работы, основной части, состоящей из четырех глав, заключения, списка используемых источников из 144 наименований. Объем работы составляет 130 страниц, включая 79 страниц машинописного текста, 52 ри-сунка, 19 таблиц іЛ приложения.