Введение к работе
Актуальность темы. К числу наиболее вп.\;т;;: задач современного строительство относятся попроси снижения мптеризло-епкости ооноьшіх несущих конструкції;, ъ тр;; мисле папболео распространенных из сборного, монолитного и сбсрло-чгоноллт-ного кзлезобетона без ущерба дяп их несуще;; способности и долговечности. Решение этих проблем ведутся кок в направлении совершенствования методо.» расчетов, так н но пути применения высокопрочных латернэлоз - бетона ;і стана, іізт.ест-ііо, wo лозшошїо качество лримєияоїшх материалов для конструкций, позволяя, сократить рахтепп сечений, ставит, клесте с тем, задачу обеспечения необходимой устойчивости и жесткости таких элементов, как, например, колонны, воспри-wwaiouyix прежде всего сяимшээде усилия. Повышение гибкости сзатнх стержней, вызванное уменызенио;.! их размеров поперечных сечений в случае использования високих классов бетона іі арматуры,стевит гак;:;е проблему обеспечения необходимой долговечности при длительно;! действии внешней нагрузки, которая для сжатых стеркнеГ; составляет обычно 8Q/S її более от обідеіі нагрузки.
Известно, что длительная эксплуатация гибких железобетонных стержней, испытывающих интенсивное сжатие, сопровождается развитием прогибов, скорость нарастания которых и продолжительность развития зависят от уровня нагружвния, характеризующегося отношением -длительно действующего эксплуатационного усилия к кратковременному разрушающему. При определенных значениях этого отношения разрушение сиатого стержня может произойти после сравнительно непродолжительной выдержки выдержки его под нагрузкой, уровень которой иногда не превышай1 60$ - 70^ от кратковременной разрушающей, а длительность сопротивления ограничена временем от нескольких дней до 5-6 месяцев, что намного меньше требуемого, минимально необходимого периода эксплуатации, составляющего обычно не менее 100 - 150 лет.
В нормах проектирования железобетонных конструкций, действовавпих" до 1975 года, не обходимая продолжительность безопасной эксплуатации гибких стержней должна была обеспечиваться назначением расчетной величины сжимающего усилия, составляющего некоторую часть от разрушающего кратко-
- 2 -временного, їєм меньшую, чем более гибким являлся расчитываемый элемент. На'шпак с IS75 года, безопасное значение длительного сжимающего усилия дол::;но обеспечиваться при гибкости А = ' f/h > 20 согласно действующа нормативных документов назначением расчетного эксцентриситете продольной сили, учптнвайцего длителькоз нагрукенце.
Анализ результатов расчетов, выполненных с применением действующи до 1975 года норм к современных; нормативных документов, показал, что эти Методики дает приблизительно одинаковые результаты с точки зрения обеспечения необходимой несущей способности гибких сгерннеп при длительном действии нагрузки.
известно, что рекомендации норм І9Є2 года по назначению безопасного уровня длительного сжатии основывались на результатах анализа весила ограниченного количества экспериментальных данных, полученных в Ніп'їКБ К.Э.Талем п Е.Л.Чистяко-вш и К.Гаде в Германии при испытаниях примерно 30-ти колонн с одним значением гибкости Л = -i/h = 30. На основании этих результатов, используя линейную интер- и экстраполяции, рекомендации по учету длительного нагрузкешш были распространены на старини с гибкостью A = Zfh < 40, когда отрицательное влияние длительного нагрунения не обнаруживается, до Л = 40. Как указывалось выше, для стеркней с гибкостью X < 20, сжатых со случайными эксцентриситетами, эти рекомендации в несколько измененном виде сохранены и в двйствуюшдх нормах.
За прошедшие тридцать лот после введения СНиП П-В.1-62, впервые регламентировавшего необходимость учета длительного действия внешней нагрузки, появилось достаточно большое количество дополнительных экспериментальных данных, дающих возмокность проведения сопоставительного анализа результатов расчета сиатых стержней при длительном нагружении по методике ранее дейотвовавшх СНиП П-В.1-62 и ныне действующих норм (СНиП 2.03.01-84) с результатами экспериментов, проведенных различными авторами со стойками при гибкости в диапазоне от Д = 15 и менее до A = ijh - 40. Этот анализ показал, что примерно в ЩІ от всех сравниваемых опытных донних», в которые включены результаты испытаний более чем
100 образцов,наблюдается заметное несоответствий их с результати;:;: расчетов по вычисления продольно допустимого уровня длительного сг.атпн гибких стоек о обеспечением необходимой продолжительности, сопротивления, когда использовались оодег—'^си.: з явном яли неявно:,: видя рекомендации упоминутих нормативних источников, необходимые для учетэ влияния длительного яагрулепия. При чом ~fi большинстве случаев вычио-ленглх ьнзчеппя предельно допустимих депствуз.чцих нагрузок давали существенно завышенные вели таны этих нагрузок в сравнении с опытны:.:;!, о чем свидетельствовало преждевременное раэуусепле стоек, находившихся под хоздеііствпем примерно постоянных снимающих усилий различного уровня, аремя длительного сопротивления эксплуатационной нагрузке, сопровождающегося самопроизвольным разрушение:.; без догрумения, но превышало, как правило, ЗСО суток.
rice эти факты говорят о необходимости ооверыенстпованпл методики расчетного учета злнянин длительно действующей нагрузки на работу гибких ;;:олезоо'стоішцх стоек. Рс.ыепле этой проблемы является одной из основных задач выполненного з настоящей' работе исследования.
Второй, не менее воліти в практическом отношении, является проблема использования высокопрочной стали в качестве продольной арматурі! с;;:атых з?.елезсбетошшх стернней, выполняемых из различных видов бетона с облчныи поперечным арыи-рованиом в виде вязаных или сварных хомутоз.во всем диапазоне встречающихся гцбкосгеіі от Д = t/h N
Существенно важное значение при этом играют процессы, обусловленные* длительным нагрулением сжатых стержней. Развивающаяся в условиях длительного действия нагрузки ползучесть бетона, способствует интенсивному перераспределению внутренних усилий между бетоном и арматурой, догрукая п'ослод-
- 4 -нюы и,' создавая тем самым условия для более интенсивного включения ее в процесса общего деформирования как мощной упругой связи, воспринимающей значительную часть внешнего усилия. Степень "участия этой связи заметно повышается при более интенсивно?.; развитии продольных деформации бетона з условиях длительного нагругсения в сравнении со случаем кратковременного действия нагрузки.
Влияние условий оптимального армирования, выбора размеров сечений и режимов нагруненця, способствующих наибокее эффективному использованию высоких механических характеристик "твердых" сталей, в частности термоупрочненных, как. продольной арматуры железобетонных-колонн, является одноґг из ваг:нейашх задач современной практики и ее решению посвячена значительная часть выполненного теоретического и, прекде всего, экспериментального исследований.
Цель диссертационной работы состоит в установлении зависимости иевд предельно допустимым значением учительного эксплуатационного усилия окатого железобетонного стермя и кратковременным разрушающим во всем диапазоне гибкостей, основанном на изучении капряхсеїшо-дефориированного состояния сечений в стадии длительной эксплуатации и в стадии, близкой к разрушению при различных рекимах иагруаений, видах беаона и продольной ар.-.атуры; решалось задача разработки методов определения параметров напряженно-деформированного состояния с учетом бистронатекащих и длительных деформаций ползучести, а также предложений и рекомендаций по расчету прочности сечений, содеряавдх высокопрочную продольную арматуру и условий ее применения.
Научная новизна работы:
- разработана методика расчетного определения пэрамет-
ров напряженно-деформированного состояния сечений обычных
и сборно-монолитных сжатых железобетонных стержней при длительном действии нагрузки;
- разработан метод расчетного определения уровня преде
льно допустимого длительного сжатия железобетонных стержней,
обеспечивающий безопасность их эксплуатации на протяжении
всего заданного срока службы сооружения;
доїш предложения по учету длительного югрузенип при расчете статически определимых и статически неопределимых сторннавнх систем; , -
разработаны рекомендации по расчету яссуцеіі способности сечении сг.атих стершие!;, учитывающие влияние деформаций ползучести и усадки бетона на дє^оршпиш а напряжения а высокопрочной продольно!; нрнятуие;
разработаны алгоритми приближенных способов определения параметров напрлженко-деформпровзнпого состояния сечений, :;члтиваэ'.чпа проявление бнетроизтекэхздх депюрмзцу.Й ползучести бетона при кратковременном погружении и деформации усадил и ползучести бетона при длительном действии эксплуатационной погрузки;
- долучені: экспериментальные данные, характеризующие
налряз.снно-дейсрмпроваккое состояние обычных и сборно-моно
литных, центрально а внецснтреш10-с::сатых, а так&з сузго-
изогнутых ?:^лезобетошн>;х стержней различной гибкости, с обычной и высокопрочно:! про7;ольиоП арматурой, п,.ы различных значениях эксцентриситетов кратковременных.и длительных продольных сил, подтверкдгнлдпе приемлемость сделанных автором предло:::сниіі по расчетному определению параметров капряненко-дефернпровгппого состояния сечешііі скатых элементов при различных режимах нагруяеппП и определению предельно-допустимого значения длительного эксплуатационного езшмащего усилия; получета результаты экспериментального исследования подтверл:-дают танке возможность эффективного использования в качест-ве продольной арматуры высокопрочных термоупрочнешшх сталей классов Ат-У и Аг-И в сгеркяях с гибкостью A = f/h 4 2І с обычным попереч: им армированном в виде вязаных или сварных хомутов.
Практическое значение работы.
- Разработаны предложения, дополняющие и уточняющие нор
мативную методику определения неиущеіі споеобиооти сяатнх
стернной, с о&гано, л высокопрочно!' продольной арматурой, .
учитывающие влияние гибкости элементов и длительного нагру-
35ЄНЦЯ на воли чину напряжений в высокопрочной арматуре в ста
дии, близкой к разрушению;
- дани роконощідцкі! і;о использование).высокопрочной стали как продольной арматури в стеркнях с обичкым поперечный армирование:.! в виде хоиутов.
Внедрение результатов роботы. Результаты исследования из— пользованы в СНиП II—21—75, СНиП 2.03.01-84; рекомендованы к использованию при разработке норм проектирования железобетонных конструкций нового поколения п внедреїш в виде МЄТОДИЧЄС-ких указаний в учебный процесс в ТвеГТУ. Предложения об использования высокопрочной стани для усиления колонн на осново полученного автором А.с. J5 ІІ89975 приняты при реконструкции колонн крановой естакади и универмага в г.Твери и области.
Апробация Работы. Основные результаты проведанных последо-, ванкіі докладывались и обсулдались на всесоюзном симпозиуме "Ползучесть в конструкциях" в г.Днепропетровске б 1982г.; на Всесоюзном симпозиуме по экономии ресурсов (Калішші, 1984г.); в лаборатории теории з:;елозобетона в НИЖЕ (Москва, 1994г.), на коифвренцияк преподавателей Бїі'і (Ьрянск, 1976; 1977 и 1978) в ТвеГТУ (Тверь, 1980 - 1982, 1983, 1984, 1992 к 1994 гг.). Материалы исследования по примононки высокопрочной арматуры были включены в сообщение на конгрессе ОИП в Нью-іїорке в 1971г.
Публикации. Содержание и результаты всех разделов диссертации отражены в 37 научных статьях.
Структура к объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и выводов, списка использованной литературы, содержащего 283 наименования, в том числе 42 на иностранных языках, а также приложений, включающих алгоритмы разработанных методов расчетов, и справки об использовании результатов исследования в нормативных и методических документах и на производстве.
Объем работы 519 страниц, включая 307 страниц машинописного текста, 85 таблиц, 105 рисунков и 15 страний приложений.
Диссертация выполнена на кафедре конструкций и сооружений Тверского государственного технического университета (ТвоГГУ).
На защиту выносятся:
- методика и результаты экспериментального изучения сопротивления обычных и сборно-монолитных железобетонных стерк-
неп различної-; гибкости яз тя:;;злих (о6нч!:;.,х, мелкозернистых и на ооиозс сілзкобок л є1 і за) бетопоз, о продольное армптурой класооз Л-Ц, Лт-У и Лт-УІ, сс'иі.чіяоч поперечны.» ар.чкрозаиием в йідз вязаных ;; сіарних :ссг.;утоз при кратковременном п длительно;: дсйсткіи эксплуотзц-/.о;п;г.х н разрудззаих нагрузок;
"отодпка расчетного определен:» параметров напрнкон-ко-до.::ср;;::ровакка.го состояния оЗі-г-игих і: сборно-мозолитных сечс-нпй различной ёорпы с;::ать::с сгар:.-:ной при кратковременной к резочных рекетах длительного кагруксний;
;.:отсдііка расчетного определения продольно допустимого уровня длительной эксплуатационной снимающей силы;
методика расчетного определения нэглзлнйнио-дейормиро-взкного состояния сечений эленептоь статически олредслпчпх а статически неопределимы* стер>::нез;:;х снеге;:;
методика расчетного определения нссуцен способности сечений с:-.:атых стороной с высокопрочно;: продольной арматурой, учнтш. нцая влияние на деформации и напряжения этой арматуры гибкости саать'х злечентон :: длительное действие нагрузки;
предложения по упрощенно;:.: способа:,: определения капря-кенно-даі;-ср;і;іронЕШіого состояния сечений скатых стержней, учлтштюцпе развитие быстронатскагцнх и длительных деформаций усадки и ползучести бетона;
- предложения но применению зі;сс.;ог;рочнь!Х термоупроч-ненных сталей в качестве продольной арматуры с;.;атых стержней с гибкостью X - //} f 25 и обычны.» поперечным армирование:.; из хомутов.