Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса и задачи исследования
1.1. Способы усиления нормальных сечений изгибаемых элементов
1.2. Исследования железобетонных элементов, усиленных под нагрузкой, и существующие методики расчета
1.3. Задачи исследований ^0
ГЛАВА 2. Методика проведения исследований
2.1. Принципы построения деформационной модели и методика теоретических исследований
2.1.1. Основые положения деформационной модели
2.1.2. Задачи численного эксперимента и варьируемые факторы -56
2.2. Методика экспериментальных исследований 59
2.2.1. Задачи натурного эксперимента и конструкция опытных образцов
2.2.2. Конструкция опытной установки и методика проведения испытаний
2.2.3. Изготовление опытных образцов и определение физико-механических характеристик арматуры и бетона 76
ГЛАВА 3. Теоретическое исследование работы нормальных сечений изгибаемых элементов, усиленных шшоноличивашем под нагрузкой
3.1. Алгоритм расчета 76
3.2. Расчетный анализ характера работы нормальных сечений изгибаемых элементов, усиленных намоноличиванием под нагрузкой 8І
3.3. Разработка методики расчета на основании действующих норм проектирования Ю&
3.3.1. Относительная высота сжатой зоны бетона в изгибаемых элементах, усиленных намоноличиванием под нагрузкой
3.3.2. Учет работы арматуры за условным пределом текучести в конструкциях, усиленных под нагрузкой WI
3.3.3. Несущая способность изгибаемых конструкций, усиленных намоноличиванием под нагрузкой Н-5
3.4. Выводы по главе Ш
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования работы нормальных сечений изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных под нагрузкой йь
4.1. Характер работы опытных образцов под нагрузкой /«23
4.2. Анализ жесткости и ширины раскрытия трещин
4.3. Анализ прочности нормальных сечений плитных конструкций, усиленных под нагрузкой
4.4.Выводы по главе
Выводы
Список использованных источников
- Исследования железобетонных элементов, усиленных под нагрузкой, и существующие методики расчета
- Задачи численного эксперимента и варьируемые факторы
- Конструкция опытной установки и методика проведения испытаний
- Относительная высота сжатой зоны бетона в изгибаемых элементах, усиленных намоноличиванием под нагрузкой
Введение к работе
Общей тенденцией практически во всех странах мира является сокращение объемов нового строительства и увеличение работ по реконструкции. В условиях перехода к рыночной экономике остро встает вопрос о проведении реконструкции и технического перевооружения с максимальным использованием существующих зданий и сооружений. Это позволяет значительно снизить долю капитальных вложений при проведении технического переворужения и внедрения новых технологий.
Применение новых технологий и проведение технического перевооружения может приводить к увеличению нагрузок, действующих на элементы зданий и сооружений. К тому же, строительные конструкции могут находиться как в удовлетворительном состоянии, так иметь дефекты и повреждения, полученные в результате изготовления, монтажа или эксплуатации. В связи с этим, реконструкция часто требует усиления строительных конструкций. Мероприятия по усилению должны быть простыми и экономичными, с минимальными трудозатратами.
Одними из наиболее массовых железобетонных элементов зданий и сооружений являются плитные конструкции. Это плоские, ребристые, многопустотные плиты перекрытий и покрытий, которые зачастую требуют усиления. В настоящее время для усиления плитных конструкций используются различные способы. Разработаны рекомендательные и нормативные документы, в которых эти способы достаточно подробно описаны.
Широко распространенным способом усиления плитных конструкций является наращивание сечений намоноличиванием: Этот простой способ усиления применяется очень давно. Его эффективность заключается в использовании поверхности конструкции в
виде несъемной опалубки и позволяет сократить сроки проведения работ по усилению на действующих объектах.
Необходимость исследования такого вида усиления определяется неизученностью двух групп вопросов: усилением под нагрузкой и особенностями работы конструкций с современными видами арматурных сталей, не имеющих физического предела текучести. Кроме того, необходимы исследования, направленные на изыскание резервов несущей способности за счет учета пластических свойств бетона и арматуры, изменения расчетной и статической схем.
Усиление плитных конструкций может выполняться при их полной или частичной разгрузке и под нагрузкой. Усиление под нагрузкой является наиболее общим случаем усиления, так как полностью разгрузить конструкцию в условиях реконструкции или технического перевооружения не представляется возможным. Минимальной нагрузкой будет собственный вес элемента.
При усилении под нагрузкой возникают сложности, связанные с учетом начального напряженно-деформированного состояния усиливаемой конструкции. При этом, под начальным напряженно-деформированным состоянием понимаются напряжения и деформации, вызванные внешней нагрузкой и собственным весом конструкции до усиления.
Известные методики расчета усиленных железобетонных конструкций не оценивают влияние начального напряженно-деформированного состояния на несущую способность усиленной конструкции, не учитывают характер диаграмм деформирования бетона и арматуры. В связи с этим, не существует достаточно обоснованного способа учета начального напряженно-деформированного состояния, вызванного нагрузкой до усиления.
Прочность нормальных сечений под нагрузкой по нормированной ,; методике определяется путем введения к расчетным характеристикам
арматуры и бетона усиления коэффициентов условия работы, не имеющих достаточного экспериментально-теоретического обоснования. Кроме того, эта методика не оценивает напряженно-деформированное состояние конструкции до усиления.
В связи с вышеизложенным, актуальным является изучение вопросов работы железобетонных конструкций с арматурой, не имеющей физического предела текучести, усиленных под нагрузкой.
Работа выполнена на кафедре "Железобетонные и каменные конструкции" Полоцкого государственного университета под научным руководством заслуженного деятеля науки и техники Российской Федерации, члена-корреспондента РААСН, доктора технических наук, профессора В.А.Клевцова, научный консультант - кандидат технических наук, доцент В.В.Нестеренко.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность сотрудникам кафедры "Железобетонные и каменные конструкции" Полоцкого государственного университета за помощь, оказанную в процессе выполнения работы.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Техническое перевооружение и реконструкция промышленных и гражданских зданий и сооружений зачастую связаны с вопросами усиления строительных конструкций.
Наиболее массовыми конструкциями, требующими индивидуального подхода к усилению, являются изгибаемые элементы, в частности, плиты перекрытий и покрытий. Эффективный способ их усиления -наращивание сечений намоноличиванием, позволяющее существенно увеличить несущую способность конструкции. Причем, усиление может производиться при полной или частичной разгрузке и под нагрузкой.
Необходимость проведения исследования прочности нормальных сечений усиленных изгибаемых конструкций определяется неизученностью двух основных вопросов: первый - влияние нагрузки, приложенной до усиления, на работу усиленных конструкций; второй - особенности работы усиленной конструкции с арматурой, не имеющей физического предела текучести.
Недостаточная изученность влияния начального напряженно-деформированного состояния, вызванного внешней нагрузкой до усиления и собственным весом элемента, на прочность нормальных сечений усиленных конструкций и, как следствие, отсутствие обоснованных методов расчета, не позволяют оценить влияния всего многообразия факторов, имеющихся при усилении конкретных видов конструкций: их геометрии, вида и количества арматуры, прочности бетона, величины действующей нагрузки.
При расчете прочности нормальных сечений усиленных железобетонных конструкций по нормированной методике начальная нагрузка, приложенная до усиления, учитывается путем введения к расчетным характеристикам арматуры и бетона понижающих
коэффициентов условия работы. Такой подход не имеет достаточного экспериментально-теоретического обоснования.
В связи с этим, важными являются исследования, посвященные изучению влияния начального напряженно-деформированного состояния на несущую способность усиленной конструкции, а также изысканию резервов несущей способности конструкции на основании учета диаграмм деформирования материалов и развитию практических методов расчета усиленных конструкций.
Необходимость изучения вопроса, связанного с особенностями работы усиленных конструкций, в частности, арматура которых не имеет физического предела текучести, обуславливается ее широким применением в изгибаемых элементах.
Цель диссертационной работы.
Экспериментально-теоретические исследования влияния начального напряженно-деформированного состояния изгибаемых железобетонных элементов, усиленных под нагрузкой и армированных арматурой без площадки текучести, на их несущую способность; разработка методики и рекомендаций по расчету прочности нормальных сечений изгибаемых элементов, в частности, арматура которых не имеет физического предела текучести, усиленных намоноличи-ванием под нагрузкой.
В соответствии с целью работы решались следующие задачи:
- разработать, с учетом диаграмм деформирования материалов,
деформационную модель нормальных сечений изгибаемых элементов,
усиленных намоноличиванием под нагрузкой;
- провести теоретические исследования работы нормальных
сечений изгибаемых элементов, усиленных намоноличиванием под
нагрузкой;
- получить экспериментальное подтверждение принятых в дефор
мационной модели основных положений и допущений;
разработать методику расчета прочности нормальных сечений изгибаемых элементов, в частности, арматура которых не имеет физического w предела текучести, усиленных намоноличиванием под нагрузкой, на основании действующих норм проектирования;
разработать рекомендации по расчету прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных намоноличиванием под нагрузкой',
- разработать алгоритм и программу расчета на ЭВМ.
Научную новизну составляют:
разработанная деформационная модель, учитывающая диаграммы деформирования бетона и арматуры, начальное напряженно-деформированное состояние конструкции до усиления и реализация модели в программе расчета;
впервые проведенные экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния, прочности нормальных сечений плитных конструкций с арматурой, не имеющей физического предела текучести, усиленных намоноличиванием под нагрузкой;
- расчетные и экспериментальные данные о напряженно-
деформироЕэнном состоянии бетона и арматуры в зависимости от
уровня нагрузки при усилении для изгибаемых конструкций с
различным процентом армирования;
- данные о влиянии начального напряженно-деформированного
состояния на прочность нормальных сечений изгибаемых конструкций,
усиленных намоноличиванием под нагрузкой;
- разработанная методика расчета прочности нормальных
сечений изгибаемых элементов, усиленных намоноличиванием под
нагрузкой, на основании положений действующих норм проек
тирования .
Практическое значение работы. Разработаны рекомендации, позволяющие учитывать начальное
напряженно-деформированное состояние при расчете прочности нормальных сечений изгибаемых конструкций, в частности, с арматурой не имеющей физического предела текучести, усиленных намоноличиванием под нагрузкой, на основании положений действующих норм проектирования и разработанной программы расчета для ЭВМ, обеспечивающие снижение расхода материалов. Автор защищает:
методику определения напряженно-деформированного состояния конструкций, усиленных намоноличиванием под нагрузкой;
результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов, усиленных намоноличиванием под нагрузкой: характер развития деформаций арматуры и бетона в зависимости от уровня нагрузки при усилении, данные о влиянии начального напряженно-деформированного состояния на прочность нормальных сечений изгибаемых элементов, усиленных намоноличиванием под нагрузкой;
методику расчета прочности нормальных сечений изгибаемых элементов, усиленных намоноличиванием под нагрузкой, на основании действующих норм проектирования;
- алгоритм и программу расчета на ЭВМ по определению
параметров напряженно-деформированного состояния и несущей
способности нормальных сечений изгибаемых конструкций, усиленных
под нагрузкой.
Внедрение результатов, работы. Результаты работы внедрены:
- при разработке рекомендаций по усилению плит перекрытий
постаментов АВТ-2 объединения "Нафтан" г.Новоголоцка. По разра
ботанным рекомендациям в 1995г. произведено усиление плитных
конструкций постамента намоноличиванием. Объем внедрения- 1940 м2
по площади. Акт внедрения находится в "Приложении 2".
Исследования выполнялись в рамках госбюджетных научно-исследовательских работ ГБ 1294 и ГБ 2495 кафедры "Железобетонные и каменные конструкции" Полоцкого государственного университета.
Апробация работы:
Основные положения диссертации были представлены на рассмотрение на международной научно-практической конференции в г.Сумы, на XXI научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава в г.Бресте, на республиканской научно-технической конференции в г.Могилеве (1994г), на Республиканском научно-техническом совещании-семинаре в г.Минске, на международной научно-практической конференции в г.Гомеле (1995г).
Основное содержание диссертации опубликовано в 6 работах, а также частично отражено в двух научно-технических отчетах ЇЇГУ.
Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 104 наименования и содержит 174 страницы, в том числе 46 рисунков и 16 таблиц, 2 приложения.
Исследования железобетонных элементов, усиленных под нагрузкой, и существующие методики расчета
Вопросам расчета прочности нормальных сечений усиленных элементов уделялось внимания значительно меньше, чем их конструкторским разработкам. В основном, расчет усиленных конструкций производился по общему случаю расчета железобетонных конструкций, согласно СНиПу 2.03.01-84 с учетом соответствующих коэффициентов условий работы /75,84/. Как неоднократно отмечалось /8,11,34,41,86/, данный метод не учитывает ряд особенностей усиливаемых конструкций. Одна из них - наличие начальных напряжений в сечении конструкции к моменту усиления, минимальное из которых обусловлено собственным весом.
Одно из ранних экспериментальных исследований усиления железобетонных балок наращиванием под нагрузкой было проведено в работе /68/. Для приближения к реальным условиям эксплуатации конструкции производилось усиление под нагрузкой до 20% от разрушающей. Были получены выводы об эффективности способа усиления наращиванием и возможности расчета составной конструкции как монолитной. Работа не содержала предложений по учету напряженно-деформированного состояния конструкции до усиления.
Основные подходы к современным методикам расчета усиленных конструкций заложены в работах Н.Х.Арутюняна, В.М.Бондаренко, А.А.Гвоздева, Ю.П.Гущи, А.С.Залесова, О.Ф.Ильина, Н.И.Карпенко, В.Г.Казачка, В.И.Мурашева, И.Е.Прокоповича, Н.Н.Складнева, Е.А.Чистякова, и других. В этих работах созданы предпосылки для разработки методов расчета усиленных элементов, учитывающих нелинейность, деформирования материалов конструкции, сложное напряженно- деформированное состояние, связанное с предисторией нагружения элемента.
Обширные теоретические и экспериментальные исследования методов усиления конструкций были выполнены В.М.Бондаренко, С.В.Бондаренко, Л.И.Беринским, В.А.Клевцовым, Р.С.Санжаровским, Н.М.Снятковым и другими.
Так, в работе /II/ С.В.Бондаренко и Р.С.Санжаровского дана методика расчета усиленных железобетонных конструкций на основе нелинейной теории железобетона с учетом предистории их загружения. Для сжато-изгибаемых элементов приводятся формулы, зивисимости и алгоритмы расчета, разработанные в форме близкой к нормированной.
Оценку несушей способности железобетонных колонн, усиленных под нагрузкой, при кратковременном загружении по /II/ рекомендуется производить с учетом того, что сила Р, приложенная к конструкции до усиления, должна быть не более 0.6 от предельной несущей способности N. Данный коэффициент 0.6 учитывает не столько влияние уровня нагрузки до усиления на несущую способность, сколько ее возможное снижение в процессе производства работ по усилению. Если условие Р 0.6-N не выполняется, то рекомендуется частичная разгрузка перед усилением. Учет начального напряженного состояния производится путем увеличения расчетного эксцентриситета на величину прогиба f до усиления.
Основные положения методики /II/ были развиты и апробированы в экспериментально-теоретической работе по исследованию сжато-изгибаемых элементов, усиленных наращиванием под нагрузкой /S6/. Исходя из условий равновесия и гипотезы плоских сечений, была получена система нелинейных алгебраических уравнений относительно краевых деформаций основного (усиливаемого) сечения. Данные уравнения, записанные в интегральной форме, применимы для определения напряженно-деформированного состояния сечения конструкций с наращиванием как в сжатой, так и в растянутой зонах. Методика расчета несущей способности учитывает физическую и геометрическую нелинейность и дает возможность охарактеризовать напряженно-деформированное состояние как до, так и после усиления на всех стадиях загружения.
В тоже время изгибаемые железобетонные элементы, усиленные под нагрузкой, характеризуются более сложным напряженно-деформированным состоянием сечения, когда изменение знака эпюры деформаций может происходить в основном и дополнительном сечениях, в отличие от сжато-изгибаемых элементов, где изменение знака происходит в одном из сечений /11,86/. При этом расчет по предлагаемой методике /86/ не охватывает все возможные случаи развития деформаций по высоте усиленного сечения. Кроме этого, в данной модели расчета не учитывается работа бетона на растяжение. Предполагается, что при появлении растягивающих напряжений в бетоне мгновенно образуются трещины высотой до нейтральной оси элемента.
Изучению изгибаемых элементов на примере железобетонных балок, усиленных односторонним наращиванием, посвящена работа Л.И.Беринского /в/. Наращивание производилось как сжатой, так и растянутой зон. Усиление под нагрузкой при кратковременном загру-жении производилось при соблюдении условия Р 0.6-N. На основании результатов экспериментальных исследований было предложено использовать существующую нормированную методику с упрощением участия основной части сечения в расчете. При этом считалось, что сжатая зона полностью находится в бетоне намоноличивания. Отмечено, что при наращивании сжатой зоны намоноличиванием нейтральная ось перемещается так, что меняется знак напряженного ,, состояния в основной части сечения. Несмотря на учет нелинейности
деформирования и принятых положений, сравнение экспериментальных результатов и по методике /8/ для однопролетных балок, усиленных намоноличиванием под нагрузкой, по несущей способности составило до 1Ь%.
Следует отметить, что несущая способность усиленного элемента может быть расчетно определена с достаточной степенью точности при помощи нормативных приемов лишь в малоармированных конструкциях при соблюдении условия hac/(hacl + h где had высота бетона намоноличивания, h - высота основного сечения до усиления.
Результаты исследования плит, усиленных наращиванием под нагрузкой, приведены в /34/. Данная работа носила в большей степени экспериментальный характер. Были получены результаты, свидетельствующие о том, что уровень нагрузки при усилении практически не оказывает влияния на несущую способность малоармированных элементов. При большем проценте армирования был зафиксирован эффект повышения несущей способности конструкций, усиленных под нагрузкой, превышающей 65$ расчетной по СНиП 2.03.01-84 . Однако, данный эффект не был в достаточной степени теоретически обоснован. Следует отметить, что в /34/ исследования проводились на плитных конструкциях с арматурой класса А-400 (А-Ш).
Основываясь на вышеприведенном, можно сказать, что накоплен немалый опыт по исследованию работы конструкций, усиленных под нагрузкой.
Задачи численного эксперимента и варьируемые факторы
С целью подтверждения приемлемости гипотез и допущений, положенных в основу деформационной модели, и получения данных о качественном влиянии нагрузки до усиления на работу изгибаемых конструкций с арматурой повышенной прочности, усиленных намоно-личиванием под нагрузкой, были проведены экспериментальные исследования на натурных образцах плит.
Плитные конструкции сплошного прямоугольного сечения были запроектированы с размерами 2600 800 160 мм. Экспериментальные образцы армировались рабочей арматурой повышенной прочности Ат-IVC (Ат-бООС), изготавливаемой в Республике Беларусь. Применение такой арматуры взамен A-III (А-400), например, позволяет сэкономить до 30% стали, /88/. Опытные образцы объеденены в одну серию. Плитные конструкции были запроектированы с двумя вариантами армирования рабочей арматуры.
Первый вариант - 3 0 12 Ат-бООС с соблюдением условия R. Изготовлено два образца: П-І, П-2.
Второй вариант - 12 0 12 Ат-бООС при g приблизительно равным R. Изготовлен один образец, П-3.
Опалубочный чертеж и армирование образцов представлены на рис.2.6. Проектируемые и фактически полученные геометрические размеры, характеристики арматуры и бетона экспериментальных образцов указаны в таблице 2.1 и таблице 2.2.
Плита П-І в процессе усиления находилась только под нагрузкой от собственного веса плиты и бетона намоноличивания. Плиты П-2 и П-3 - под нагрузкой от собственного веса и нагрузки до усиления.
Для создания необходимого уровня нагрузки до усиления в плитах П-2, П-3 предусматривались отверстия для крепления пружинных устройств предварительного загружения.
В плите П-2 на поверхности в третях пролета выполнялись бетонные прямоугольные шпонки, по три с каждой стороны. Количество и размеры шпонок определялись из расчета прочности контактного шва.
В плите П-3 устанавливались арматурные каркасы. Шаг хомутов и количество каркасов определялись из расчета прочности наклонных к продольной.оси элемента сечений и расчета прочности контактного шва.
Нагрузка до усиления создавалась четырьмя равными сосредоточенными силами в третях пролета пружинными устройствами. Для этого была разработана и изготовлена специальная установка., состоящая из пружин (рис.2.8), опорных рам, тяжей и других приспособлений. Нагрузка создавалась путем сжатия пружин под пресом П-І25 до необходимого уровня, контролируемого по показаниям манометра. В данном положении пружины фиксировались болтами и переносились на специальную раму. После соединения пружин с опытной плитой фиксирующие болты постепенно отпускались (рис.2.7).
Нагружение сосредоточеными силами на втором этапе испытания производилось при помощи гидравлического домкрата и распределительной траверсы, опирающейся на плиту в третях пролета (рис.2.9). Передача нагрузки с пружинных установок на домкрат перед испытаниями усиленных плит производилась постепенно с соблюдением условия неизменности прогибов плит.
Нагрузка до усиления создавалась четырьмя равными сосредоточенными силами в третях пролета пружинными устройствами. Для этого была разработана и изготовлена специальная установка., состоящая из пружин (рис.2.8), опорных рам, тяжей и других приспособлений. Нагрузка создавалась путем сжатия пружин под пресом П-І25 до необходимого уровня, контролируемого по показаниям манометра. В данном положении пружины фиксировались болтами и переносились на специальную раму. После соединения пружин с опытной плитой фиксирующие болты постепенно отпускались (рис.2.7).
Нагружение сосредоточеными силами на втором этапе испытания производилось при помощи гидравлического домкрата и распределительной траверсы, опирающейся на плиту в третях пролета (рис.2.9). Передача нагрузки с пружинных установок на домкрат перед испытаниями усиленных плит производилась постепенно с соблюдением условия неизменности прогибов плит.
Конструкция опытной установки и методика проведения испытаний
Для изучения характера работы нормальных сечений плит, усиленных намоноличиванием, была выполнена серия расчетов по программе "РАКУН". Исходные данные для расчета были приняты в соответствии с геометрическими и прочностными параметрами экспериментальных образцов.
В ходе численного эксперимента ставились следующие две задачи: изучение влияния нагрузки до усиления на процесс деформирования материалов и процесс развития деформаций по высоте сечения; изучение влияния нагрузки до усиления на несущую способность нормальных сечений усиленных конструкций.
Для изучения первого вопроса проведены расчеты для четырех плит с различным процентом армирования и с различным уровнем нагрузки до усиления. Две плиты с процентом армирования 0.265% расчитывались при нагрузке до усиления 0% и 82% от расчетной; две плиты с процентом армирования 1.06% - при нагрузке 0% и 69%. Следует отметить, что под нагрузкой 0% понимается нагрузка от собственного веса плиты и бетона намоноличивания.
В плитах с (0,=0.265% и ц,=1.06%, усиленных намоноличиванием под нагрузкой 0%, характер развития деформаций был следующим: при поэтапном увеличении нагрузки деформации бетона и арматуры постепенно увеличивались. Причем, деформации в арматуре до нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, возрастали по линейному закону.
При приближении к нагрузке, соответствующей условному пре-лу текучести, в арматуре происходило увеличение роста деформаций, а при достижении нагрузки, соответствующей условному пределу текучести о0 0, происходило интенсивное нарастание деформаций в арматуре при незначительном увеличении нагрузки (рис.3.2а и рис.З.За). При этом высота сжатой зоны бетона сокращалась. Когда краевые деформации бетона намоноличивания достигали своих предельных значений, происходило разрушение плит по бетону сжатой зоны намоноличивания.
В целом, общий характер развития деформаций арматуры и бетона в плитах, усиленных под нагрузкой 0%, не отличался от обычного для.изгибаемых конструкций /4,27,40/.
Следует отметить, что в условиях численного эксперимента, исходные параметры для плит, усиленных под нагрузкой 0%, были заданы таким образом, что напряжения в арматуре и в бетоне к моменту усиления были отличны от нуля и составляли не более 1% от условного предела текучести арматуры и призменной прочности бетона. Так .учитывалось нахождение плит под длительнодействующей нагрузкой от собственного веса и веса бетона намоноличивания. АР В плитах с нагрузкой до усиления -—=82% при ц=0.265% и -р—=69% при ц=1.06%, к моменту усиления по расчету проявляются не упругие деформации: в образце с [1=0.265% - в арматуре, в образце с (j.=I.06% - в бетоне сжатой зоны. Напряжения в арматуре к моменту усиления достигали: для плиты с ц=0.265% - 86% от условного предела текучести и для плиты с ц,=1.06% - 63%. Напряжения в бетоне соответственно - 49% и 63% от призменной прочности. Условные обозначения символов, входящих в понятие нагрузки до АР усиления -г=—, приведены в п.2.1.2 настоящей диссертации.
Дальнейшие расчеты, с учетом включения в работу бетона намоноличивания, показали следующий характер развития деформаций и напряжений в сечении усиленной конструкции. Деформации арматуры в плите с ц=0.265% продолжают увеличиваться с ростом нагрузки. Однако, скорость нарастания деформаций ниже, чем для такого же образца, усиленного под нагрузкой 0%. Так, приращение отно АР сительных деформаций- арматуры до усиления при -=—=82% на каждый г01 ІкН нагрузки составило 1.04-Ю-4, а после усиления до нагрузки, соответствующей условному пределу текучести арматуры - 0.75-Ю-4. Сравнивая характер развития деформаций в арматуре конструкций усиленных под нагрузкой 0 и 82% с =0.265% (рис.3.2), можно
АР заметить, что при -р—=82% деформации при нагрузке равной 29 кН были больше, чем с нагрузкой до усиления 0%. Тем не менее, начало текучести арматуры в обоих случаях получено практически при равных нагрузках. Дальнейшее развитие деформаций в предельной стадии было идентичным.
Расчетный анализ развития деформаций в бетоне основного сечения свидетельствует о том, что характер изменения деформаций с увеличением нагрузки для двух плит с ц=0.265%, но с разным уровнем нагрузки, отличаются (рис.3.3). Тем не менее, при нагрузках, близких к предельным, зависимости деформаций от нагрузки для плит практически совпадают.
Для конструкций с большим процентом армирования характер развития деформаций в арматуре и бетоне усиленных конструкций отличается от развития деформаций в малоармированном элементе.
Установлено, что деформации в арматуре плиты при (1.=1.06% на участке от нагрузки в момент усиления до нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности, нарастают менее интенсивно, чем для плит с меньшим процентом армирования ()1=0.265). На этом участке приращение деформаций составило 10.164-Ю-5 на 1кН нагрузки.
Относительная высота сжатой зоны бетона в изгибаемых элементах, усиленных намоноличиванием под нагрузкой
В тоже время расчет конструкций с высоким процентом армирования показывает, что нагрузка до усиления может оказывать неблагоприятное влияние на работу усиленных конструкций. Это выражается в резком снижении несущей способности изгибаемых элементов, усиленных под нагрузкой 80% и выше от теоретической разрушающей. При этом программа сигнализирует о том, что разрушение происходит по бетону основного сечения.
Резкое снижение несущей способности в численном эксперименте зафиксировано при процентах армирования свыше ji=I.6%. При этом с увеличением толщины бетона намоноличивания, вероятность снижения несущей способности уменьшается, а процент армирования, при котором может быть зафиксирован данный эффект, увеличивается.
Расчет конструкций с процентом армирования, близким к проценту армирования большинства используемых на практике изгибаемых элементов, в частности плит покрытий и перекрытий, показал, что в этом случае нагрузка, действующая на конструкцию к моменту усиления, практически не ЕЛИЯЄТ на несущую способность усиленной конструкции.
Следует отметить, что данный анализ был выполнен в при прочности бетона усиления равной прочности бетона усиливаемых конструкций и выше, по требованию нормативных документов /71,84/. В тоже время, по деформационной модели сечений рассматривался вариант, когда прочность бетона усиления ниже прочности бетона усиливаемой конструкции, что может иметь место на практике. И в этом случае Полученные данные о ЕЛИЯНИИ нагрузки до усиления на несущую способность усиленной конструкции при отношении прочностей бето Rb,ad нов =0.6 I свидетельствуют о необходимости осторожного к подхода к назначению прочности бетона намоноличивания. Резкое снижение несущей способности может происходить при меньших процентах армирования основного сечения, чем в случае с Rb,ad Я. Нь Lad На рис.3.II - 3.12 показано влияние параметра на h коэффициент повышения несущей способности. Как следует из графиков, при увеличении высоты бетона намоноличивания п ., коэффициент повышения несущей способности возрастает. Полученные зависимости имеют схожий характер при нагрузке от 0 до 95%. Rb,ad Влияние параметра на коэффициент повышения несущей Rb способности конструкций с различным процентом армирования и при различных значениях нагрузки получена зависимости аналогичные вышеприведенным (рис.3.15).
до усиления показано на рис.3.13 -3.14. Из графиков видно, что при увеличении прочности бетона намоноличивания коэффициент повышения несущей способности возрастает.
Следует, отметить, что влияние нагрузки до усиления на несущую способность конструкции зависит от толщины бетона намоно личивания и его прочности. На рис.3.16 показано, что при увели Rb,ad чении влияние нагрузки до усиления на несущую способность Rb усиленной конструкции уменьшается. Аналогичный вывод можно сделать при рассмотрении зависимостей, полученных для различных зна had чений . На рис.3.16 приняты следующие обозначения: М80 5 h несущая способность конструкции, усиленной под нагрузкой 80$ от теоретической разрущающей; М - несущая способность конструкции, усиленной под нагрузкой 0%.
Сопоставление полученных результатов с рекомендациями СНиПа 2.03.01-84 для усиленных конструкций показывает, что в рекомендациях недоценивается несущая способность конструкций, усиленных под нагрузкой. В большинстве случаев несущая способность усиленных под нагрузкой конструкций не уменьшается, а в некоторых случаях увеличивается даже при значениях нагрузки до усиления, близкой к разрушающей.
Анализ теоретических исследований показал, что в отдельных случаях в образцах, усиление которых проводилось под нагрузкой, зафиксирована несущая способность больше, чем в образцах, усиленных под нагрузкой 0%. Более высокая несущая способность проявлялась в более ЕЫСОКОЙ нагрузке, при которой отмечались интенсивные деформации. До начала интенсивных деформаций наблюдалось мед-ление их роста, по сравнению с образцами усиленными под нагрузкой 0%.
