Содержание к диссертации
Введение
1.Современное состояние проблемы 11
1.1. Прогрессивные композиционные материалы 12
1.1 1. Волокна (армирующий материал) 12
1.1.2.Матрица 14
1.1.3 .Свойства композиционных материалов 15
1.2.Технология использования композиционного материала 17
1.2.1.Традиционный метод усиления железобетонной балки 17
1.2.2.Внешнее усиление железобетонной балки 18
1.2.2.1. Подготовка поверхности 20
1.2.2.2.УстановкаПАВ 20
1.3.Контактные напряжения и длина анкера 22
1.3.1. Влияние длины полосы из ПАВ 22
1.3.2.Контактные напряжения 22
1.4.Другие случаи использования ПАВ для усиления железобетон ных элементов 26
1.5.Бетонные колонны в обойме 27
1.5.1.Бетонная колонна, ограниченная трубой из стали 27
1.5.2.Колонна, ограниченная трубой из ПАВ .' 31
1.5.3.Местное сжатие 33
1.5.4.Другиеобласти применения стекловолокнистых композитов... 35
1.6.Дисперсно-армированные цементные композиты 37
1.6.1 .Роль волокон в цементных композитах 37
1.6.2.Передача напряжения в фиброцементных композитах 38
І.б.З.Взаимодействие «фибра - фибра» 39
1.6.4.Критическое объемное содержание фибры 40
1.6.5.Механические свойства дисперсно-армированных цементных композитов 40
2. Исследования изгибаемых стеклофибробетонных элементов 44
2.1 .Назначение дисперсно-армированных цементных композиций... 44
2.1.1.Прочность фибробетона на сжатие 44
2.1.2. Прочность фибробетона на растяжение при изгибе 45
2.2.Экспериментальные исследования 48
2.2.1.Экспериментальная программа 48
2.2.1.1 .Используемые материалы 48
2.2.2.Параметры испытываемых образцов 52
2.2.3 .Подготовка образцов 53
2.2.3.1.Смешивание компонентов 53
2.2.3.2.Укладывание и уплотнение 53
2.2.3.3 .Уход за бетоном 53
2.2.3.4.Устройство для нагружения 53
2.2.3.5.Испытание стеклофибробетоных призм 12x12x48см 55
2.2.3.6. Испытание стеклофибробетона с целью определения начального модуля упругости и коэффициента Пуассона S6
2.3.Результаты испытаний образцов и их анализ 57
2.3.1 .Прочность мелкозернистого бетона при сжатии и изгибе 57
2.3.2.Результаты для стеклофибробетона. 58
2.3.2.1.Виды трещинообразования 59
2.3.2.2.Предел прочности стеклофибробетона на сжатие и на .растяжение при изгибе 63
2.3.2.3.Эпюры деформаций 65
2.3.2.4.Модуль деформации и коэффициент Пуассона 68
2.4.Несущая способность стеклофибробетоного сечения 68
2.4.1 .Высота сжатой зоны 68
2.4.2 .Предел прочности на растяжение пр и изгибе 70
2.4.3.Приближенная эпюра напряжений 70
2.4.4.Момент в прямоугольном сечении стеклофибробетонного элемента 72
3 . Теоретическое и экспериментальное исследование для железобетонных балок, усиленных полосами из ПАВ 76
З.І.Поведение железобетонных балок, усиленных полосами из ПАВ. 76
3.1.1.Параметры, влияющие на усиление балки 76
3.1.1.1 .Толщина внешней полосы 76
3.1.1.2.Распределение ПАВ наслои 77
3.1.1.3 . Наличие стального армирования 77
ЗЛЛАПередел прочности бетона на сжатие 77
3.1.1.5 .Подготовка поверхности 78
3.1.2.Анализ усиленных балок 79
3 Л .2.1 .Формы трещинообразования 79
3.1.2.2 ЛЗиды разрушения 80
3 ^.Экспериментальные исследования 86
3.2Л .Экспериментальная программа 86
3.2.2.Результаты для бетонных балок с полосами из ПАСВ 87
З.З.Теоретические исследования 89
3.3.1 .Механические свойства материалов 89
3.3.1 Л.Бетон 89
3.3.1.2.Арматурная сталь 91
3.3.1.3.Полимер, армированный волокнами 92
3.3.2.Теория деформирования и проектные предпосылки 92
3.3.3.Кривизна оси балки, жесткость железобетонных элементов 96
3.3.3.1.Кривизна оси балки без усиления, и жесткость на участках без трещин 96
3.3.3.2.Кривизна оси балки, усиленной полосой из ПАВ, и жест
кость на участках без трещин при наличии полосы из ПАВ 97
3.3.3.3.Кривизна оси балки без усиления, и жесткость на участках с трещинами 98
3.3.3.4.Жесткость на участках с трещинами при наличии полосы из ПАВ 99
З.ЗАМоменттрещинообразования при изгибе 100
3.3.5.Предельное состояние железобетонной балки 103
3.3.б.Определение перемещений балочных систем из слоистых композитов 108
4. Теоретическое и экспериментальное исследование деформирования бетонной колонны, заключенной в трубу из ПАВ 113
4.1.Проблема прочности труб, заполненных бетоном 114
4.1.1 .Способы определения прочности бетона в обойме 114
4.1.2.Геометрические характеристики для трубо бетонной колонны 115
4.1.3. Учет отношения толщины оболочки из ПАВ к диаметру . колонны 118
4.1,4. Моделирование напряженно-деформировано го состояния для колонны, ограниченной трубой из ПАВ 119
4.2.Экспериментальные исследования. 121
4.2.1 .Экспериментальная программа 121
4.2.2.Результаты исследования 123
4.3.Модели сжатия бетонной колонны, заключенной в трубу из ПАВ 125
4.3.1 .Анализ известной математической модели 125
4.3.2.Новая математическая модель 128
4.3.2.1 .Деформация растяжения кольца из ПАВ 128
4.3.2.2.Деформация сжатия бетонной колонны 129
4,3.2.3.Связь между напряжениями и деформациями (закон Гука) 130
4.3.2.4.Вычисление напряжений и деформаций в трубобетоной колонне 133
4.3.2.5.Анализ других теоретических моделей 134
Основные выводы 142
Список литературы
- Волокна (армирующий материал)
- Прочность фибробетона на растяжение при изгибе
- Наличие стального армирования
- Учет отношения толщины оболочки из ПАВ к диаметру . колонны
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Научно-технический прогресс связан с производством и широким применением в строительстве новых материалов с эффективными механическими свойствами. К числу прогрессивных композиционных материалов относятся полимеры, армированные волокнами. Их широкое распространение обусловлено наличием ряда преимущественных свойств, касающихся прочности, веса, стоимости. Использование прогрессивных композиционных материалов будет одним из важнейших и эффективных направлений в строительстве вследствие нарастающего объема сооружений с изменяющимися функциями и необходимостью обеспечения новых функциональных требований при реконструкции зданий.
Использование прогрессивных композиционных материалов для усиления элементов конструкций оказалось конкурентоспособным решением проблемы их качества в смысле обеспечения надежности и долговечности сооружения. Они применяются как внутренняя арматура (фибры и стержни в бетоне) и как внешняя арматура (пластинки и оболочки).
Применение прогрессивных композиционных материалов позволяет создавать конструкции с высокими техническими и экономическими характеристиками. Перспективной областью исследования является их использование при проектировании и усилении бетонных и железобетонных конструкций.
Одним из представителей прогрессивных композиционных материалов является полимер, армированный стекловолокном (ПАСВ). Экспериментальное исследование его прочностных и деформативных качеств проводилось стандартными методами как для отдельного материала. Мало внимания уделялось его взаимодействию с другими материалами в конструкциях. Это касается как бетонных колонн, ограниченных трубой из ПАСВ, так и бетонных и железобетонных элементов с полосой из ПАСВ в
7 растянутой зоне. Представляются актуальными экспериментальные и
теоретические исследования в этом направлении.
Цели и задачи исследования. Целью работы являлась физическая и математическая модель деформирования элементов бетонных и железобетонных конструкций при усилении их стеклопластиком и методика поверочных и проектных расчетов такого рода элементов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
экспериментальные исследования деформирования изгибаемых элементов и коротких цилиндров из мелкозернистого бетона, содержащего фибры стекловолокна;
методика расчета стеклофибробетонной изгибаемых элементов прямоугольного сечения;
-экспериментальные исследования деформирования изгибаемых элементов из мелкозернистого бетона, усиленных стеклопластиковой полосой в растянутой зоне, и методика из расчета по первому и второму предельным состояниям;
— экспериментальные и теоретические исследования сжатых бетонных
элементов в стеклопластиковой обойме.
Научная новизна работы определяется следующими результатами:
1 .Экспериментальными исследованиями стеклофибробетонных изгибаемых элементов установлено оптимальное соотношение между процентом дисперсного армирования и длиной фибр на прочность на растяжение при изгибе.
2.Разработаны теоретические основы поверочных расчетов и проектирования стеклофибробетонной балки прямоугольного сечения.
3.Определена область использования полос из полимера, армированного стекловолокном, для усиления балок в растянутой зоне.
4.Разработаны теоретические основы поверочных и проектных расчетов балки с полосой из стеклопластика, получившие подтверждение результатами экспериментов.
5.Усовершенствована математическая модель напряженно-деформированного состояния бетонной колонны с обоймой из стеклопластика.
6. На основе экспериментальных и теоретических исследований дана количественная оценка эффекта обоймы из стеклопластика для бетонных колонн.
Достоверность полученных результатов обеспечивается
использованием устоявшихся научных гипотез деформирования твердого тела и, в частности, композиционных систем, результатами экспериментальных исследований, а также сопоставлением результатов исследований с аналогичными данными других авторов.
Практическая ценность результатов исследований. Полученные результаты и основанные на них рекомендации могут способствовать разработке свода правил по проектированию, изготовлению стеклофибробетонных конструкций, что в свою очередь позволит повысить надежность и экономичность строительных конструкций из бетона и железобетона с включением прогрессивных композиционных материалов.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород,* 2003); 2-й Международной научно-технической конференции « Проблемы строительного и дорожного комплексов» (Брянск, 2003); Международной научно-практической конференции « Актуальные проблемы строительного и дорожного комплексов» (Йошкар-Ола, 2004); Международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза, 2004); Международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в XXI веке» (Старый Оскол, 2004); II Международном студенческом форуме «Образование, наука, производство» (Белгород, 2004); III Международной научно-
9 практической конф. «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2005).
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 8
статьях и тезисах докладов конференций.
На защиту выносятся:
результаты исследования напряженно-деформированного состояния стеклофибробетонных балок;
несущая способность стеклофибробетонной балки;
результаты исследования напряженно-деформированного состояния балок, усиленных полосами из полимера, армированного стекловолокном;
— предельный изгибающий момент для железобетонной балки,
усиленной полосой из стеклопластика;
основные зависимости для поверочных и проектных расчетов балки с полосой из стеклопластика;
математическая модель напряженно-деформированного состояния бетонной колонны с обоймой из стеклопластика;
— исследование эффекта обоймы из стеклопластика для бетонной
колонны, касающееся толщины и композиционного состава
оболочки.
Автор выражает признательность научному консультанту канд. техн. наук, доценту Р.В. Лесовику.
Структура и объем работы. Диссертация состоит - из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы. Она изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 48 рисунков, список литературы, включающий 151 наименование.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность темы, дается общая характеристика работы. Приводятся цели, задачи, основные гипотезы и методы исследования.
В первой главе обсуждается современное состояние проблемы для усиления бетонных и железобетонных конструкций с применением
10 прогрессивных композиционных материалов. Рассматривается технология
использования композиционных материалов в элементах строительных
конструкций. Обращается внимание на восприятие контактных напряжений
в балке с полосой из стеклопластика. Рассмотрены модели для бетонных
колонн, заключенных в трубы из стали и полимеров, армированных
волокнами.
Во второй главе излагаются теоретические и экспериментальные
исследования изгибаемых стеклофибробетонных элементов.
Обосновывается эффективность дисперсно армированных цементных композиций, описывается постановка экспериментальных исследований изгибаемых бетонных элементов, дисперсно армированных стекловолокнами. Приведены их результаты, касающиеся механических характеристик, в зависимости от процента армирования и длины фибр. Теоретически изучена несущая способность стеклофибробетонной балки, проведено ее сравнение с экспериментальными результатами.
Третья глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям изгибаемых элементов, усиленных полосами из полимера, армированного стекловолокном в зоне растяжения. Изучаются параметры, влияющие на усиление балки, формы трещинообразования и виды разрушения. Рассмотрено проектирование балок прямоугольного сечения, усиленных полосами из ПАСВ. Решена задача определения предельного изгибающего момента для железобетонной балки, усиленной полосой из стеклопластика.
Четвертая глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям деформирования сжимаемых элементов, заключенных в обойму из стеклопластика.' Эксперименты были направлены на исследование влияния отношения высоты элемента к диаметру на несущую способность. Предложена новая математическая модель деформирования бетонной колонны, заключенной в трубу из стеклопластика.
Волокна (армирующий материал)
Волокна (фибры) служат для усиления полимерных материалов. Свойства композитов главным образом зависят от выбора волокон. Существует широкий спектр волокон, но в результате исследований подтвердилось, что два типа волокон доминируют в гражданском и промышленном строительстве — это углеродные и стеклянные волокна. Они обладают различными свойствами и имеют различную стоимость, что влечет за собой обстоятельный выбор того или иного типа в зависимости от целенаправленности конструирования. Волокна имеют более высокий предел прочности, нежели арматурная сталь. В соответствии с исследованиями [105, 106] на рис. 1.1 представлена диаграмма растяжения двух типов волокон в сравнении со сталью.
Стекловолокна значительно дешевле углеродных волокон. Стекловолокна доступны для большинства регионов России и имеют надежную технологию производства [105, 106, 127]. Стекловолокна в составе композиционных материалов имеют широкое применение, и данный факт мы будем учитывать в нашем исследовании. Модуль продольной упругости (модуль Юнга) волокон 70-85 ГПа, а предельная деформация составляет 0,02 - 0,05 в зависимости от качества.
В работе [22] показано, что способность размягченного стекла вытягиваться в тонкие гибкие волокна была известна еще древним египтянам. Однако только за последние 20 - 25 лет, когда выявилась эффективность применения стеклянного волокна для технических целей и стали известны его замечательные свойства, производство изделий из стекловолокна стало бурно развиваться. Различают два вида элементарных стеклянных волокон: непрерывное длиной 20 км и более и штапельное длиной от 1 до 50 см. По внешнему виду непрерывное волокно напоминает шелк, а штапельное — хлопок или шерсть. Диаметр стеклянного волокна колеблется от 0,1 до 100 мк, в том числе текстильное - 3 - 11, теплоизоляционное ультратонкое - до 1, супертонкое — 1 - 2, тонкое — 3 — , утолщенное - 11 - 20, грубое - более 20; для армирования пластмасс -5 - 20; для изготовления специальных изделий - 9 - 100. Стекловолокнам диаметром до 10 мк присуща эластичность, не свойственная стеклу. Поэтому из них можно вырабатывать на обычных текстильных машинах различные ткани. Стеклянное волокно отличается большой прочностью на разрыв, высоким модулем упругости, малой гигроскопичностью, высокими диэлектрическими свойствами, химической устойчивостью.
Прочность на разрыв стекловолокна диаметром 3 — 6 мк колеблется от 2000 до 4000 МПа, т.е. она значительно выше, чем у высокопрочной стали.
Непрерывное волокно предназначено для выработки стеклотканей, стеклопластиков и гидроизоляционных изделий. Иногда его применяют и для изготовления теплоизоляционных изделий.
Штапельное стекловолокно используют для производства теплоизоляционных изделий. Его применяют для производства легких многослойных стеновых панелей, изоляции междуэтажных перекрытий и крыш, для тепловой изоляции паровых котлов, печей, трубопроводов и т.д., а также в звукопоглощающих или звукоизолирующих конструкциях.
Углеродные волокна имеют модуль продольной упругости 200 — 1500 ГПа, а предельная деформация составляет 0,003 - 0,025. Углеродные волокна не впитывают воду и не реагируют на большинство химических растворов.
Матрица - это связывающий компонент в композиционных материалах. Она придает материалу монолитность, способствует эффективному использованию прочности стекловолокна и равномерному распределению усилий между волокнами, защищает стекловолокно от атмосферных, химических и других внешних воздействий, а также сама воспринимает часть усилий, развивающихся в материале при его работе под нагрузкой. Такая удачно найденная комбинация полимера и высокопрочного наполнителя и всевозможные вариации этих двух основных компонентов, позволяющих в широком диапазоне регулировать свойства материала, открыли стеклопластикам путь по существу во все области производства [44, 75, 94, 105].
Прочность фибробетона на растяжение при изгибе
Влияние волокон на повышение прочности композита зависит от типа бетона. В работе [128] показано, что включение волокон повышает прочность бетона на сжатие на 23%. Кроме того, в работе [117] показано, что использование стальных волокон в бетонах значительно увеличивает их прочность на сжатие по сравнению с бетонами без волокон. Это непосредственно зависит от объема используемого стального волокна. Отмеченное увеличение прочности в большей мере присуще бетонам с крючковатыми волокнами.
В работе [130] изучается прочность на сжатие бетона с коротким дискретным углеродом, арамидным волокном и высокопрочным винилоновым волокном. Использованы цилиндрические образцы диаметром 10 и высотой 20 см. Проценты армирования: 1,86 и 3,05 -для углеродистого волокна, 2,09 и 3,67 -для арамидного волокна; 2,00 и 3,40 -для высокопрочного винилонового волокна. Результаты показали, что прочность бетона на сжатие имеет тенденцию уменьшаться, когда объем волокон увеличивается. Эффект большого объема пор из-за увеличения объема волокна оказывает существенное влияние на снижение прочности. Влияние включения волокон на прочность бетона на сжатие не является строго закономерным. Как правило, повышение прочности наблюдается в пределах 30 % [55]. Прочность бетона на сжатие приближенно описывается формулой ас=си(1 + 1,25Р7), (2.1) где ат - прочность матрицы на сжатие; Vj — объемное содержание волокон, %.
Есть много факторов, которые влияют на прочность на растяжение при изгибе фибробетона: тип и длина волокна L, отношение L/df {d{ — диаметр волокна), объем волокон Vf, ориентация волокна и его форма, деформация волокна. Кроме того, оказывают влияние водоцементное отношение, плотность, пористость.
В работе [136] отмечается, что предел прочности на растяжение при изгибе вообще увеличивается пропорционально Vf L/df. Предложено следующее выражение для определения прочности бетона на растяжение при изгибе: vf=Aam{\-Vf) + B , (2.2) df где ас - предел прочности на растяжение при изгибе композита; А и В — константы, которые могут быть определены экспериментально. Для простого бетона Л = І и5 = 0. В работе [142] установлены величины для констант А и В как 0,97 и 4,94 от предела прочности на растяжение при изгибе фибробетона со стальной арматурной и 0,843 и 4,25 от его сопротивления на трещиностойкость.
В работе [129] произведено сравнение прочности на растяжение при изгибе для бетонов с четырьмя различными типами волокон: крючковатая сталь, прямая сталь, рифленая сталь и полипропилен. Образцы содержали 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 % волокон. Наполнение волокнами увеличивало прочность на величину от 15 до 129%. При армировании крючковатой сталью было достигнуто самое высокое увеличение прочности, а прямые стальные волокна дали наименее заметное увеличение вышеупомянутого свойства.
И.З. Волчек и др. [25] изучали цементные материалы на основе стеклянного волокна. Результаты опытов показали, что прочность на растяжение при изгибе увеличивается, как показано на рис. 2.1,
Г.К. Хайдуков и др. [77] изучали прочность, деформативность и трещиностойкость стеклофибробетонных элементов и предложили формулу для его прочности на растяжение: где , - коэффициент армирования; Rj - прочность на разрыв моноволокна; т - коэффициент, учитывающий влияние прочности матрицы на прочность композита; г\а - коэффициент, учитывающий ориентацию волокон, принимаемый в пределах 0,3...0,3 75; ті, -коэффициент, учитывающий влияние длины волокон (0,87...0,92); р -коэффициент, отражающий влияние агрегатного состояния армирующего стекловолокна.
Для практических расчетов прочности нормальных сечений изгибаемых стеклофибробетонных элементов с достаточной степенью точности удобнее принимать прямоугольные эпюры напряжений в сжатой и растянутой зонах, вводя коэффициент полноты эпюры напряжений в растянутой зоне, определяемый на основе опытов по формуле со = 0,5+ 2,5- - П, (2.4) где Rb - прочность на сжатие. Исходя из указанных предпосылок, предельный изгибающий момент в прямоугольном сечении стеклофибробетонного элемента можно определить из условий:
Наличие стального армирования
В работе Ламанна и др. [127] рассмотрено усиление армированных бетонных балок. В случае использования клеящего материала или крепежных деталей образцы делили на две группы. В первой группе предел прочности бетона на сжатие был равен 21 МПа, а во второй группе - 42 МПа. Результаты исследования показали что, при использовании клеящего материала в первой группе нагрузка пластического течения и прогиб в середине увеличились соответственно на 30 %" и 18 % по сравнению с контрольными экземплярами балок, а предельная нагрузка и прогиб в середине соответственно на 37 % и 13 % по сравнению с контрольными экземплярами. Во второй группе нагрузка и прогиб в середине увеличились соответственно на 34 % и 7 %, а предельная нагрузка и прогиб в середине — соответственно на 60 % и 3 % по сравнению с контрольными балками. Эти результаты показали, что предельная нагрузка увеличивается с увеличением предела прочности бетона на сжатие, а жесткость балок уменьшается.
В случае использования крепежных деталей в первой группе нагрузка пластического течения и прогиб в середине увеличились соответственно на 19 % и 11 % по сравнению с контрольными балками, а предельная нагрузка и прогиб в середине - соответственно на 16% и 20 % по сравнению с контрольными балками. Во второй группе нагрузка пластического течения и прогиб в середине увеличивались соответственно на 11 % и 25 % по сравнению с контрольными балками, а предельная нагрузка и прогиб в середине увеличились соответственно на 11% и 10% по сравнению контрольными экземплярами балок. В ходе исследований было выявлено, что использование клеящего материала способствует большему усилению железобетонных балок, чем использование крепежных деталей.
Чаджес и др. [99] считают, что при расслоении предельная сдвигающая сила будет пропорциональна корню квадратному из предела прочности бетона на сжатие.
Йошизава и др. [103, 104] изучали влияние типа подготовки поверхности бетона на его связь с полосой из ПАУВ. Образец, используемый в данных исследованиях, представлял бетонную призму с полосами из ПАУВ по обеим противоположным сторонам. Образец подвергался растяжению, при котором появлялся сдвиг полос. Поверхность образцов была подвержена водной или пескоструйной очистке. Было обнаружено, что водная очистка удваивала несущую способность образца по сравнению с пескоструйным способом. Подобные результаты получены Чаджесом и др. [99]. Б. Миллер [128] указал, что жесткость сечения бетонного образца является ключевым фактором, влияющим на связующие характеристики эпоксида с бетоном.
ПА.Ритчи и др. [134] исследовали 16 образцов с небольшим количеством стальной арматуры и изучали эффективность внешнего усиления при использовании полос из ПАВ (волокна из стекла, углерода и арамида) и эпоксидного связующего материала. Они сравнивали трещины в обычных и усиленных балках и пришли к заключению, что формы трещинообразования трансформировались из нескольких удлиненных трещин с большой толщиной к более узким трещинам (рис.3.2). Это повышало эксплуатационные качества сооружения.
С.Аврил [95] описал механическое поведение балки с трещинами при усилении ПАУВ. Основной целью данного исследования является анализ местного и общего влияния полос из ПАВ на образование трещин. Он обнаружил что, при одной и той же кривизне балки усиление полосой из ПАУВ изменяет ширину трещин в сторону уменьшения, но их количество остается тем же (рис.3.3). Однако, могут образоваться и новые трещины вследствие перераспределения напряжений в композиционной структуре. Тумиалан [147] изучал разрушение защитного слоя в балках, усиленных полосами из ПАВ. Установлено, что ПАУВ замедляет развитие видимых трещин. Соотношение между средним значением деформации стали и истинной деформацией снижается при уменьшении ширины трещины и перераспределении ее на большую площадь.
В дополнение к известным видам разрушения, наблюдаемым в железобетонных балках, можно отметить некоторые новые типы разрушения при усилении ПАВ. Разрушение в сжатой зоне одинаковое в обоих случаях, но в зоне растяжения есть различные виды разрушения, вызванные разными причинами.
Волни и др. [148] исследовали связь между бетоном и ПАУВ и обнаружили, что разрушение происходит во всех образцах вследствие комбинации разрыва полосы ПАУВ, отслоения ПАУВ от бетона и разрушения бетона в результате среза.
Учет отношения толщины оболочки из ПАВ к диаметру . колонны
Задачею теории оболочек как раздела теории упругости, является изучение их деформаций под действием заданной нагрузки. При этом материал оболочки будем считать изотропным и следующим закону Гука, а перемещения ее точек — малыми по сравнению с ее толщиною.
Если не налагать последнего ограничения, то дифференциальные уравнения задачи получатся нелинейными, и их решение оказывается чрезвычайно затруднительным.
Для весьма широкого круга практических задач это ограничение, однако, не является существенным. Тем не менее о нем всегда следует помнить и учитывать, что все излагаемые ниже результаты справедливы лишь при соблюдении упомянутого ограничения. Условимся далее различать оболочки толстые и тонкие [50],
Тонкою будем называть оболочку, для которой максимальным значением отношения ЫК (5 - толщина, R - радиус кривизны срединой поверхности) можно пренебречь по сравнению с единицею. Соответственно толстою назовем такую оболочку, для которой подобное пренебрежение недопустимо [50].
Допуская обычную для технического расчета относительную погрешность 5%, будем считать тонкими такие оболочки, у которых тах(5/Л) 1/20, а оболочки, у которых это неравенство не соблюдается, будем считать толстыми [50].
Заметим, что оболочки обладают весьма выгодными упругими свойствами и при рациональном проектировании могут выдерживать значительную нагрузку при минимальной толщине. В этом отношении они гораздо выгоднее пластин и плоских перекрытий, предоставляя конструктору преимущества, примерно аналогичные замене балок арками.
При этом подавляющее большинство встречающихся на практике оболочек имеет толщину в диапазоне [50] 1/1000 (fi/R) l/50.
К числу тонких оболочек, принадлежат и обоймы для бетонных колонн
Экспериментальный цикл связан с исследованием эффекта отношения высоты колонны к диаметру. Пластмассовая труба, используемая как обойма, служит конструктивным элементом при композиции материалов.
Характеристики песков, цемента, воды приведены во второй главе. Использовалась труба из стеклопластика. Характерные свойства стеклопластика были определены в лаборатории сопротивления материалов: предел прочности на растяжение 35,5 МПа, модуль упругости 50 ГПа.
Изучалось влияние отношения высоты сжатого элемента к ее диаметру (h/d) на напряженно - деформированное состояние. Труба имела диаметр 100 мм, а высота изменялась в пределах от 100 до 400 мм (табл.4.1).
Трещинообразование в бетонных цилиндрах в обойме показано на рис.4.5 а предел прочности на сжатие дан в табл.4.2. Контрольный образец С1- цилиндр 10,0x10,0 см из мелкозернисто бетона - имел прочность на сжатие 20,60 МПа. Цилиндры С2, СЗ, С4 были нагружены только в области бетона.
Как показано в работе [132, 133], зависимость между прочностью бетона на сжатие и отношением высоты цилиндра к диаметру {hid) имеет вид R =R ibh 0,89 + 0,11 — h (4.10) где Rd=h — прочность бетона на сжатие при отношении между высотой цилиндра к диаметру h/d \\ R -прочность бетона на сжатие при произвольной величине h/d.
При использовании обоймы предел прочности при сжатии образцов увеличивается в 1,6... 1,87 раза.
Экспериментальные исследования показали, что уравнение зависимости прочности бетона на сжатие от отношения высоты к диаметру цилиндра, используемое для обычных бетонов, можно применять для определения прочности бетона на сжатие для бетона в обойме.
Похожие диссертации на Рациональное использование стеклопластика для усиления элементов бетонных и железобетонных конструкций
