Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проведенных исследований. постановка задач исследования 12
1.1. Анализ и способы усиления железобетонных конструкций 12
1.2. Обзор исследований свойств полимербетонов и армополимербетонов как композитных материалов для усиления 17
1.3. Обзор исследований комбинированных конструкций, состоящих из железобетона и армополимербетона 24
2. Экспериментальные исследования железобетонных балок, усиленных армополимербетонными обоймами и армополимербетонных балок 31
2.1. Конструкционные параметры и технология изготовления сталеполимербетонных балок 31
2.2. Методика проведения испытаний сталеполимербетонных балок 34
2.3. Результаты испытаний сталеполимербетонных балок при кратковременном нагружении 36
2.4. Конструкционные параметры испытываемых железобетонных балок, усиленных армополимербетонными обоймами 44
2.5. Конструкция стенда для испытания железобетонных балок 48
2.6. Расстановка измерительной аппаратуры при испытании железобетонных балок серии Б-1 ч-Б-8 49
2.7. Методика испытаний железобетонных балок Б-1 Б-8 52
2.8. Результаты испытаний железобетонных балок серии Б-1 Б-8 58
2.9. Выводы 92
3. Методика расчета комбинированных железобетонных балок, усиленных армополимербетонными обоймами 94
3.1 Исходные предпосылки для реализации методики расчета железобетонных балок, усиленных армополимербетонными обоймами 94
3.2 Расчет прочности нормальных сечений усиленных железобетонных балок 96
3.3 Определение изгибных жесткостей комбинированных балок с учетом нелинейности их деформирования 98
3.4 Влияние поперечных сил на напряженно - деформированное состояние железобетонных балок усиленных армополимербетонными обоймами 106
3.5 Расчетная методика оценки реологических факторов место при усилении железобетонных балок армополимербетонными обоймами под нагрузкой 109
3.6 Статический расчет комбинированных балок с учетом нелинейности деформаций 117
3.7 Выводы 121
4. Анализ теоретических и экспериментальных данных 123
4.1 Оценка расчетных и экспериментальных значений прогибов железобетонных балок с армополимербетонными обоймами 123
4.2 Анализ изменения опытных и расчетных значений фибровых напряжений бетона при устройстве комбинированных обойм под нагрузкой 126
4.3 Выводы 128
5. Технико-экономическая эффективность усиления эксплуатируемых железобетонных балочных конструкций армополимербетонными обоймами 132
5.1 Технико-экономическая эффективность усиления армополимербетонными обоймами железобетонных ригелей каркасных зданий 132
5.2 Технико-экономическая эффективность усиления армополимербетонными обоймами ребристых железобетонных плит перекрытий 134
5.3 Выводы 136
Основные результаты и общие выводы 137
Список литературы 140
- Обзор исследований свойств полимербетонов и армополимербетонов как композитных материалов для усиления
- Результаты испытаний сталеполимербетонных балок при кратковременном нагружении
- Определение изгибных жесткостей комбинированных балок с учетом нелинейности их деформирования
- Анализ изменения опытных и расчетных значений фибровых напряжений бетона при устройстве комбинированных обойм под нагрузкой
Введение к работе
Значительная часть зданий и сооружений из бетона и железобетона в гражданском, промышленном, транспортном и сельскохозяйственном строительстве подвержена в процессе эксплуатации воздействию самых разнообразных агрессивных сред. Это требует постоянного поиска и внедрения новых конструкционных материалов и конструкций на их основе с комплексом заданных свойств, что позволило бы в конкретных условиях возведения и эксплуатации разнообразных объектов применять необходимые технические решения.
Существующие ограничения сроков службы железобетонных конструкций, работающих в агрессивных средах, предопределяют уже в настоящее время и в обозримом будущем увеличение объемов работ по их реконструкции и усилению.
Задача эта актуальна для любой отрасли строительства, но в пищевой, нефтегазовой, целлюлозно-бумажной, химической и ряде других отраслей промышленности её решение приобретает особую значимость в связи с особенной агрессивностью воздействий на конструктивные элементы.
Основные строительные конструкции зданий и сооружений состоят из бетонных и железобетонных элементов и воспринимают средовые и силовые нагрузки. Силовые составляющие определяются гравитационными силами, природно-климатическими и техногенными явлениями жизнедеятельности людей, аварийными и неординарными воздействиями. Они имеют молекулярно-кинетическую природу, величины сопротивления являются статическими и определяются физико-механическим качеством материала.
Средовые воздействия не менее важны и включают в себя взаимодействие с влажностью, температурой, химической и биологической составляющими и другими факторами.
Результаты многочисленных исследований, проведенных рядом научных организаций и коллективов, показывают, что одним из эффективных спо-
собов повышения коррозионной стойкости конструкций, а, следовательно, и их долговечности является применение армополимербетонных конструкций, позволяющее во многом решить комплекс различных проблем. Сравнительно быстрому внедрению полимербетонов (армополимербетонов) в различных отраслях строительства способствовала благоприятная гамма их физико-механических свойств: высокая прочность, хорошие диэлектрические свойства, повышенная стойкость к истиранию, практически универсальная химическая стойкость и прочее. Дальнейшее совершенствование и развитие коррозионно-стойких конструкций на основе полимербетонов привело к созданию комбинированных конструкций.
Разработка комбинированных конструкций на основе армополимербето-на и традиционных материалов - одно из наиболее эффективных и перспективных направлений в создании коррозионностоиких конструктивных элементов при реконструкции и усилении зданий и сооружений.
Настоящая работа посвящена кругу вопросов, связанных с исследованием особенностей работы комбинированных элементов балочного типа, выполненных из железобетона с обоймами из армополимербетона.
При этом особое внимание уделяется реализации возможностей усиления армополимербетоном существующих, т.е. эксплуатируемых железобетонных конструкций зданий и сооружений, находящихся в предаварийном состоянии, либо реконструируемых в связи с необходимостью повышения их несущей способности (в связи установкой более тяжелого технологического оборудования и т.п.). В этом случае возможно обеспечение существенного экономического эффекта от внедрения разработок в связи с проведением реконструкции предприятия без остановки его технологического процесса. Кроме того разработки этого направления соответствуют современной тенденции строительства - реконструировать существующие здания при их модернизации. Реализация работы ориентирована на повышение долговечности, восстановления и усиле-
7 ния силового сопротивления железобетонных конструкций. Вышеизложенное определяет актуальность темы настоящего исследования.
Целью работы является развитие и экспериментальное обоснование метода расчета усиления железобетонных конструкций армополимербетонными обоймами в условиях повреждений с целью обеспечения их долговечности и усиления с учетом реальных прочностных и деформативных характеристик материалов.
Научную новизну работы составляют:
результаты экспериментальных исследований прочности и деформа-тивности железобетонных балочных конструкций, усиленных под нагрузкой армополимербетонными обоймами;
методика расчета прочности и деформативности железобетонных балок, усиленных армополимербетонной обоймой с учетом предыстории на-гружения и реальной работоспособности;
результаты численных исследований влияния различных, осложняющих факторов на несущую способность и деформативность составной балочной конструкции;
предложения по повышению эффективности усиления поврежденных железобетонных балочных элементов армополимербетонными композитными материалами.
Автор защищает:
теоретические предпосылки и расчетные зависимости для определения несущей способности и деформативности железобетонных балочных конструкций усиленных армополимербетонными обоймами под нагрузкой с учетом реальных свойств составляющих материалов;
результаты экспериментальных исследований силового сопротивления и деформативности комбинированного сечения балки, состоящего из железобетона и армополимербетонной обоймы;
метод расчета несущей способности и деформативности изгибаемых поврежденных и неповрежденных комбинированных железобетонных элементов, усиленных методом обоймы под нагрузкой;
результаты численных исследований железобетонных комбинированных балок с учетом различных прочностных и деформативных факторов.
Обоснованность и достоверность научных положений основывается на использовании общепринятых допущений, согласовывается с основными законами силового сопротивления при деформировании и разрушении конструкций, экспериментами и тестовыми оценками.
Практическое значение и реализация результатов работы.
Предложенный метод расчета несущей способности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов балочного типа, усиленных армополимербетонными обоймами под нагрузкой с учетом фактора времени, что позволяет более полно оценивать силовое сопротивление конструкции при реконструкции и усилении элементов зданий и сооружений.
Результаты проведенных исследований были использованы при усилении железобетонных плит покрытия гальванического участка инструментально-механического цеха № 2 ОАО «Опытный завод «Электрон», арматурного цеха ЗАО «Завод «ЖБИ-3»в г. Тюмени и при разработке проекта реконструкции Сургутской общеобразовательной гимназии № 2 для усиления железобетонных балок и балочных элементов.
Метод расчета ослабленных сечений железобетонных балок, усиленных армополимербетонными обоймами при проведении реконструкции и усилении элементов зданий и сооружений и экспериментальные данные внедрены в учебный процесс кафедры «Строительные конструкции» Тюменской государственной архитектурно-строительной академии для студентов специальности 290300 и 290302 по дисциплинам «Железобетонные конструкции» и «Обследование и усиление строительных конструкций».
9 Апробация работы и публикации.
Результаты исследований представлялись и докладывались на Тюменской областной научно-технической конференции «Опыт и проблемы внедрения новой техники и передовой технологии на строительстве объектов народного хозяйства области» (Тюмень, 1981 г.), научно-технической конференции «Опыт создания и внедрения на химических и других предприятиях коррози-онностойких конструкций» (Минск, 1981 г.), научно-технической конференции по химии и химической технологии (Тюмень, 1985 г.), научно-технической конференции «Исследование действительной работы и усиление строительных конструкций промышленных зданий и сооружений» (Магнитогорск, 1993 г.), научно-технической конференции «Повышение надежности и долговечности конструкций зданий и сооружений» (Братск, 1999 г.), научно-технической конференции «Проблемы модернизации застройки и обновления жилой среды городов» (Москва, 2002 г.), научно-практической конференции «Экологическое образование и здоровье населения» (Смоленск, 2002 г.), международной научно-технической конференции «Проблемы строительного материаловедения» (Саранск, 2002 г.), международной научно-практической конференции «Новые энергосберегающие архитектурно-конструктивные решения жилых и гражданских зданий» (Орел, 2003 г.), международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы градостроительства и жилищно-коммунального комплекса» (Москва, 2003 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии строительных материалов» (Саранск, 2003 г.), международной научно-технической конференции «Вопросы планировки и застройки городов» (Пенза, 2003 г.), международной научно-технической конференции «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 2004), юбилейной научно-технической конференции аспирантов и студентов института (Москва, 2004).
В полном объеме работа доложена и одобрена на расширенном заседании кафедры «Железобетонных конструкций» Московского института коммунального хозяйства и строительства (Москва, апрель 2004).
По теме диссертации опубликовано 25 научных работ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с основными выводами, списка литературы и приложений.
Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой темы, приведена общая характеристика работы и её основные положения.
В первой главе представлен обзор состояния вопроса и основные направления методов расчета усиливаемых комбинированных железобетонных элементов и конструкций с учетом различных деструктивных факторов.
Во второй главе приведены экспериментальные исследования сталепо-лимербетонных и железобетонных балок, усиленных армополимербетонными обоймами, описывается методика исследований и приводятся результаты исследований.
Третья глава посвящена изложению методики расчета комбинированных железобетонных балок на прочность и деформативность с учетом реологических факторов, приводится расчетная методика оценки реологических факторов, имеющих место при усилении железобетонных балок армополимербетонными обоймами под нагрузкой. Дается статический расчет комбинированных балок с учетом нелинейности деформаций.
Четвертая глава посвящена сопоставительному анализу расчетных и экспериментальных данных прогибов железобетонных балок усиленных армополимербетонными обоймами и сопоставление фибровых напряжений бетона при устройстве обойм под нагрузкой.
В пятой главе представлены данные о технико-экономической эффективности усиления поврежденных железобетонных конструкций, находящихся
11 в нагруженном состоянии, армополимербетонными обоймами на примере железобетонных ригелей и балочных элементов.
Заключение содержит основные результаты и выводы по диссертационной работе.
В приложении приведены материалы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы и составы фурановых, эпоксидных полимербетонов, прочностные и деформативные свойства этих полимербетонов.
Обзор исследований свойств полимербетонов и армополимербетонов как композитных материалов для усиления
Интенсивные поиски путей повышения расчетного сопротивления и коррозионной стойкости цементных бетонов для усиления железобетонных конструктивных элементов привели к созданию принципиально новых компо 18 зитных материалов - полимербетонов, обладающих повышенными показателями прочности, физико-химической стойкости и диэлектрическими свойствами.
Как известно, полимербетоны и армополимербетоны представляют со г бой композиционные материалы, получаемые в результате твердения смесей, образованных совмещением синтетических смол и химически стойких напол-нителей и заполнителей. гих доказана высокая эффективность усиления строительных железобетонных конструкций композитами с заданными функциональными, техническими и эксплуатационными возможностями. Рассматривая полимербетоны и армопо ,, лимербетоны в качестве такого материала сегодня продолжаются исследования в области обеспечения заданных физико-механических свойств, физико-химической стойкости и создания новых методик расчета конструкций зданий и сооружений, состоящих из материалов с различными прочностными и деформационными характеристиками. В то же время проводимые исследования, направленные на дальнейшее повышение прочности и трещиностойкости полимербетонов и армополимербе тонов ещё требуют дальнейшего аналитического осмысления. Дело в том, что в последнее время ведутся, и довольно успешно, поиски разновидностей поли мербетонов со сниженным расходом связующего (3-8%) по массе и менее. Од нако при этом возникают проблемы, связанные с понижением у полимербето . нов прочности на растяжение, трещиностойкости, а в ряде случаев и стойкости к внешним силовым воздействиям: ударной стойкости, износостойкости и т.д.
В работах [183, 193, 194, 197] отмечается, что армополимербетон - это полимерный бетон, упроченный минеральными синтетическими и металличе 19 скими волокнами или другими мелкоразмерными элементами, дисперсно-распределенными по объему, например, сетками из проволок малого диаметра с мелкой ячейкой. Исследования полимербетонов, дисперсно-армированными волокнами, весьма немногочисленны.
В.И. Харчевниковым и Я.И. Швидко [52, 54] были выполнены комплексные исследования прочности и стойкости фуранового полимербетона, армированного в основном непрерывным стекловолокном, даны примеры практического применения стекловолокнистого полимербетона. Вопросы направленные на упрочнение полимербетонов дисперсным армированием рассматривались также в последние годы в работах А.С. Жирова
Очевидно, что широкое внедрение этого принципиально нового класса композиционных материалов требует проведения большого комплекса исследований его свойств, разработки рациональной технологии изготовления, методов расчета с учетом возможности применения при усилении несущих железобетонных строительных конструкций.
При рассмотрении армополимербетона, как отдельной разновидности композиционных материалов, в которых функции матрицы выполняет поли-мербетон, необходимо обосновать общий подход к механике композиционных материалов в целом, и исследовать отдельные, входящие в композит материалы.
Значительный вклад в развитие, формирование теории сопротивления композиционных материалов внешним воздействиям внесли работы Н.Х. Ару-тюняна, В.В. Болотина, В.М. Бондаренко, СВ. Бондаренко, А.А. Гвоздева, А.И. Чебаненко, В.П. Чиркова, Р.С. Санжаровского, Ю.Н. Работнова, Н.И. Карпенко
Анализ этих работ позволяет выделить два основных направления в исследовании механики композитов: структурное и феноменологическое.
Структурное (микромеханика) - устанавливает связь между механическими характеристиками композита и свойствами структурных составляющих его компонентов (объемным содержанием, размерами, формой, характером взаимодействия и т.п.). Главной задачей микромеханики является прогнозирование свойств композитов, создание рациональной рецептуры материалов с заданными свойствами, выявление механики разрушения композиционных материалов.
Неоднородность на микроуровне, существенное различие в свойствах матрицы и армирующих наполнителей, обуславливают появление высоких локальных концентраций напряжений в композите, главным образом в зоне контакта материалов.
Основная часть опубликованных работ в этой области в основном построена на предположении упругой работы структурных компонентов композита. Однако отражение действительной работы (характера силового деформирования и разрушения) многофункционального композита требует дальнейшего изучения и учета нелинейной, режимно - наследственной составляющей кинематики силовых и средовых повреждений в процессе предыстории существования.
В этом направлении проведены исследования армополимербетонов с дисперсным армированием, изложенные в работах
Основной задачей микромеханики композитов является приведение их к классическим сплошным средам и определение соответствующих параметров деформирования.
Так, согласно В.В. Болотину [28], в теории армированных сред рассматриваются неоднородные среды, состоящие из связующего (матрицы) и армирующих элементов с повышенной прочностью и жесткостью. При этом структурные компоненты могут иметь произвольные механические свойства (быть упругими, вязкоупругими, упруго-вязкопластическими и т.д.). Для армирования можно использовать одномерные (нити, стержни) или двумерные (мембраны, решетчатые структуры) элементы
Результаты испытаний сталеполимербетонных балок при кратковременном нагружении
Образцов проводилось поэтапно, ступенями по 2 или 4 кН, с выдержкой на каждом расчетном этапе и снятием показаний измерительной аппаратуры (ма нометра, прогибомеров, тензодатчиков). На последних этапах испытаний на грузка увеличивалась более малыми интервалами (2 кН вместо 4 кН). Длитель ные испытания производились на стандартной пружинной установке, предна значенной для исследования ползучести бетонных призм (рис. 2.16). Для этого установка снабжалась специальной стальной опорной балкой, имевшей значи тельно большую жесткость, чем испытываемая, которая на ней устанавлива лась. Максимальное сосредоточенное усилие, создаваемое пружинной установ кой (50 кН), оказалось достаточным для доведения образцов до разрушения бы стровозрастающей нагрузкой после выдержки под длительно - действующим усилием заданной интенсивности в течение обусловленного срока. Все испы танные балки доводились до разрушения кратковременной нагрузкой. В связи с тем, что в ряде случаев испытывались и железобетонные балки с трещинами в растянутой зоне (т.е. фактически испытанные ранее), в ряде случаев не сохра нились данные об испытании контрольных кубов и призм с тензодатчиками, на предмет определения прочностных и деформационных характеристик бетона балок. Чтобы получить эти данные без дополнительных испытаний отдельных образцов, была использована следующая специальная расчетная методика. По скольку арматурные стержни были снабжены тензодатчиками, а модуль дефор мации арматуры в упругой стадии ее работы был известен (рис. 2.19), следовательно, возможно было вычислить и напряжения в сжатой и растянутой арматуре по закону Гука, столь же возможно было вычислить и равнодейст вующие усилия в арматурных стержнях NS= JS-AS, и N s -G S A s. При из вестных значениях этих усилий можно вычислить долю изгибающего момента, воспринимаемого сжатой арматурой и частью растянутой арматуры М[ = N s zs. Далее, полагая эпюру напряжений в сжатой зоне бетона при низком уровне загружения треугольной, при совпадении нейтральной оси с линией, соединяющей центры тяжести сечений, можно было вычислить плечо А ОЧМПа) внутренней пары сил, создаваемой избытком растянутой арматуры над сжатой и сжатым бетоном zs « —-; соответственный момент Ms = [Ns - NsJ-zs. Данная методика построения упомянутых диаграмм основывалась на предпосылке о том, что при начальной контрольной нагрузке бетон работает в упругой стадии как в сжатой, так и в растянутой зоне. Для выполнения этой предпосылки начальный момент, создаваемый контрольной нагрузкой, должен bh2 отвечать условию: Mb=M-Ms-M[ Rbt ser , при ожидаемых (с опреде 6 ленным коэффициентом запаса) значениях нормативной прочности бетона на растяжение, начального модуля деформаций бетона Е и напряжений в армату ре JS « ы . Далее при увеличении нагрузки равными дозами, степень нели нейности деформирования материала определялась степенью отклонения показаний тензодатчиков от линейного закона. Описанные выше правила контрольных вычислений относятся к контрольным железобетонным балкам типов Б-1 и Б-2. Переходя к разновидностям испытанных балок, снабженных армополимер-бетонными обоймами до нагружения (Б-3, Б-4, Б-7, Б-8), то при построении для них экспериментальных зависимостей "напряжения-деформации" для испытаний контрольных призм, использовалась сходная методика. Различие заключалось в том, что в связи с наличием экспериментальной зависимости "напряжения-деформации" для армополимербетона (рис 2.20) по показаниям тензодат-чиков на фибрах армополимербетонной обоймы определялись напряжения, и из общего значения изгибающего момента М дополнительно исключалась доля, воспринимаемая обоймой М - у -W_, т.е. считалось, что момент, воспринимаемый бетоном, равен величине: Mb=M-Ms- M s - М . Далее, поскольку изгибающий момент в статически определимой балкедействующих силах и М = при одной), представлялось возможным вы 4 числить долю момента, воспринимаемого парой равнодействующих усилий, действующих в растянутой (без трещин) и сжатой зонах бетона Мь = М - М[ - Мр. образом, bh0 определялись значения фибровых напряжений в бетоне
Деля вычисленные значения напряжений сгь на зафиксированные с помощью тензометрической аппаратуры значения фибровой деформации бетона єь, можно было однозначно определить начальные, опытные значения модуля
В процессе дальнейшего нагружения балок, фиксируя показания тензодатчиков на сжатой фибре балок и сравнивая их с начальными (с учетом того факта, что часть момента воспринималась сжатой арматурой), представлялось возможным строить экспериментальные диаграммы "напряжения-деформации" для бетона. Особо следует остановиться на расчетных выкладках, необходимых в описанных условиях для построения зависимости "напряжения-деформации" для бетона в случаях устройства армополимер-бетонной обоймы под нагрузкой (балки Б-5, Б-6). Поскольку показания тензодатчиков на обойме, сжатой и растянутой арматуре фиксировались как непосредственно после устройства обоймы, так и по истечении того или иного промежутка времени, то доли момента, воспринимаемые обоймой
Определение изгибных жесткостей комбинированных балок с учетом нелинейности их деформирования
Для определения расчетной изгибной жесткости железобетонных и других конструктивных элементов, состоящих из различных материалов, целесообразно рассматривать многослойную рабочую модель. Модель использует положения нелинейной теории деформирования материалов В.М. Бондаренко [30] и корректна при рассмотрении не только балок, но и плит, закрепленных по контуру. Нижеследующие расчеты сделаны применительно к балочным элементам.
В связи с этим, изгибная жесткость некоторого нелинейно деформирующегося бруса изначально может быть представлена в виде: где - относительная координата центра изгиба сечения. Непосредственное использование формулы (3.11) применительно к железобетонным или комбинированным балкам затруднительно в связи с отсутствием сквозной аналитической зависимости "сг — ё\ несовпадением нейтральной и срединной поверхностей, неравномерностью деформирования, наличием в сечениях разных материалов (бетона, стали, полимербетона), наличием трещин, перераспределением напряжений между материалами, наличием фактора ползучести и т.д.
Соответственно, становится очевидной целесообразность применения многослойной рабочей модели, позволяющей заменить интегрирование по всей высоте балки суммированием существенно более простых частных результатов интегрирования для отдельных слоев. Соответствующая трансформация формулы (3.11) получает вид
В связи с тем, что величины тк, єк, Ък в пределах каждого слоя можно считать постоянными и выносить за знак интеграла, возможно, полагая сгк/єк=Ек после выполнения интегрирования привести выражение (3.12) к простому виду
Для практического использования формулы (3.13) необходимо привлечь некоторые дополнительные данные, а именно, определить положение нулевой точки интегрирования на оси z, т.е. точки пересечения этой оси с нейтральной поверхностью. Кроме того, следует выбрать и обосновать способ учета возможного сочетания в одном слое разных материалов (бетон и сталь, бетон и ар-мополимербетон и т.д.). 100 Учесть наличие в одном рассматриваемом слое разных материалов можно с помощью введения в рассмотрение понятия о приведенном модуле деформаций для этого слоя где Ех, Е2- секущие модули деформаций для отдельных материалов. М» Мг " Дли площади поперечного сечения слоя, выполненного из данного материала, если всю ее принять за единицу, так что Пластические свойства материалов можно при этом учитывать вводя в (3.14) значения не начальных, а секущих модулей деформации материалов, причем характер распределения напряжений между отдельными материалами требует специального рассмотрения.
Что касается определения положения нулевой точки интегрирования, то ее расстояние от геометрического центра тяжести можно определить из COOT-1 ношения для которого, в соответствии с известными правилами, применительно к многослойным конструкциям, величины Jx и J2 определяются по формуламся уже координата геометрического центра тяжести сечения. Отметим, что в процессе реализации итерационной методики статического расчета балки (что в нелинейной постановке почти неизбежно) в связи с уточнением значений относительных деформаций к и напряжений ак будет параллельно уточняться и положение нулевой точки интегрирования относительно центра тяжести сечения 2 = 0.
Характер распределения напряжений между разными материалами, входящими в один из рассматриваемых слоев модели, можно выявить методом, использованным Г.А.Гениевым [44]. Для решения задачи вводится в рассмотрение коэффициент распределения напряжений: Сечение балки, согласно изложенному, может быть приведено к постоянному значению модуля деформации из-за искажения его формы (рис. 3.1, 3.2).
Описанный алгоритм определения интегральных изгибных жесткостей сечений комбинированных балок достаточно трудоемок и может применяться в сочетании с алгоритмом статического расчета балок переменной по длине жесткости в случае использования ЭВМ. В связи с этим желательно иметь альтернативный приближенный интегральный прием вычисления этих жесткостей
Анализ изменения опытных и расчетных значений фибровых напряжений бетона при устройстве комбинированных обойм под нагрузкой
Поскольку разгрузка уже напряженного бетона посредством устройства обойм, как вытекает из данных второй главы работы, производилась при относительно низких уровнях напряжений, соответствующие расчеты уместно провести в рамках линейной теории ползучести, т.е. не учитывать в уравнении механического состояния материала силовые функции.
Рассмотрим данные для балки Б-5, усиленной обоймой после воздействия кратковременной нагрузки и для балки Б-6, усиленной обоймой после воздействия длительной нагрузки.
Таким образом, расхождение теоретических и опытных данных по изменениям напряжений находится в допустимых пределах даже при выполне только одного цикла вычислений. Если сопоставить не напряжения, а относительные деформации, то расхождения, очевидно, окажутся в тех же пределах, поскольку приведенные значения модулей деформации, принятые в расчетах, мало отличаются от их экспериментальных значений. Подобным же образом можно сделать вычисления и для более высоких уровней загружения при 5 ( ))1, 5 ( ))1, но тогда, согласно изложенному, в разделе 3.5 расчет должен быть зациклен, т.е. превращен в итерационный. Анализ экспериментальных и расчетных значений прогиба и жесткости в середине пролета: для балки Б-4, для балки Б-7 (при длительной выдержке под нагрузкой 48 кН), для балки Б-8 (при длительной выдержке под нагрузкой 39 кН) приведен в табл. 4.2,4.3,4.4.
Выявлено достаточно близкое совпадение теоретических и экспериментальных значений для прогибов железобетонных балок, усиляемых армополи-мербетонными обоймами, при использовании разработанной инженерной расчетной методики (расхождение 4...12%).
Более точное совпадение расчетных и опытных данных получается при использовании многослойной рабочей модели балок, однако, объем расчетов при этом существенно возрастает.
В расчетах следует использовать отнюдь не начальные значения модулей деформации материалов, из которых состоит комбинированная балка, а значения секущих модулей, соответствующие заданному уровню напряжений. При игнорировании этого обстоятельства расчетные прогибы балок существенно занижаются, особенно при высоких уровнях напряжений.
Показана правомерность разработанной методики численной оценки изменений напряжений в бетоне, связанных с устройством армополимербетонных обойм под нагрузкой (расхождения теоретических и опытных данных в преде лах 8...9%) даже без выполнения 2-го цикла итерации. Обнаруженные несущественные расхождения данных расчетов и экспериментов могут быть объяснены несовершенством феноменологических данных, описывающих свойства материалов (бетона, полимербетона, арматурной стали), а также некоторых погрешностей в режимах загружения балок. По мере необходимости эти данные в дальнейшем могут уточняться 1. Выявлено, что восстанавливать и увеличивать несущую способность железобетонных балочных конструкций с помощью армополимербетонных обойм можно в весьма широких пределах за счет толщины обоймы и за счет количества расположенной в ней дополнительной арматуры. Это количество может ограничиваться только предельным значением соответственной высоты сжатой зоны бетоны. При этом высоту сжатой зоны бетоны можно уменьшать путем введения арматуры в сжатую грань армополимербетонной обоймы, с одновременным увеличением количества растянутой арматуры и повышением несущей способности балки. 2. Подтверждено, что предельный изгибающий момент, воспринимаемый железобетонной балкой с армополимербетонной обоймой, представляет сумму трех компонентов: а) момента, воспринимаемого сжатым бетоном и частью растянутой арматуры (включая дополнительную, расположенную в обойме); б) момента, воспринимаемого сжатой арматурой и остальной частью растянутой арматуры; в) момента, воспринимаемого собственно армополимерной обоймой, с учетом развития в ней пластических деформаций. 3. Наличие трещин в бетоне до усиления балок армополимербетонными обоймами почти не снижает их конечной несущей способности, но существенно (на 20 % и более) увеличивает их деформативность с соответственным возрастанием прогибов. При этом интегральная деформативность композита составляющего балку определяется совокупностью значений модулей деформации отдельных материалов (бетона, стали, полимербетона) на данном уровне нагружения. 4. Доказано, что эффект повышения несущей способности железобетонных балок при усилении армополимербетонными обоймами не уменьшается в случае устройства обойм на нагруженных (эксплуатируемых) балках, в т.ч. имеющих трещины. Однако при устройстве армополимербетонных
