Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Влияние предварительных напряжений на механические характеристики бетона 10
1.2. Влияние повторных нагружений на механические свойства бетона 15
1.3. Виды фибрового армирования бетона и технология приготовления фибробетонов 17
1.4. Физико-механические характеристики керамзитофибробетона с различными видами фибр 22
1.5. Свойства керамзитофибробетона на грубом базальтовом волокне 25
1.6. Задачи исследования 27
2. Изменение свойств керамзитофибробетона после предварительного обжатия 30
2.1. Общие положения 30
2.2. Программа экспериментальных исследований 35
2.3. Методика экспериментальных исследований 36
2.4. Влияние длительного предварительного обжатия на изменение свойств керамзитофибробетона 40
2.4.1. Снижение во времени уровня обжатия бетона 40
2.4.2. Изменение прочностных свойств керамзитофибробетона 44
2.4.3. Изменение деформативных свойств керамзитофибробетона 49
2.5. Изменение диаграмм деформирования керамзитофибробетона после предварительного обжатия 57
Выводы по главе 2 61
3. Влияние не многократно повторных нагружений на изменение свойств керамзитофибробетона 63
3.1. Механизм процесса изменения свойств керамзитофибробетона при повторных нагружениях 63
3.2. Программа и методика экспериментальных исследований 66
3.3. Изменение свойств керамзитофибробетона при сжатии после повторных нагружений 73
3.4. Изменение свойств керамзитофибробетона при растяжении после повторных сжимающих нагружений 85
3.5. Оценка адекватности предложенных формул для керамзитофибробетона 93
Выводы по главе 3 , 96
4. Предложения по расчету керамзитофиброжелезобетонных конструкций с учетом влияния предварительного обжатия повторных нагружений 98
4.1. Приближенная методика учета предварительных нагружений на изменение механических свойств керамзитофибробетона 98
4.2. Учет изменения свойств предварительно нагруженного керамзитофибробетона при расчете железобетонных элементов 99
4.3. Аналитическое описание полной диаграммы деформирования преднапряженного керамзитофибробетона ...103
4.4. Экономическая эффективность и надежность разработанных рекомендаций 104
4.5. Перепроектирование типовых железобетонных колонн с использованием предварительно напряженного керамзитофибробетона 105
Выводы по главе 4 116
Основные выводы 117
Литература 119
Приложения Акты о внедрении результатов работы 137
- Виды фибрового армирования бетона и технология приготовления фибробетонов
- Изменение диаграмм деформирования керамзитофибробетона после предварительного обжатия
- Изменение свойств керамзитофибробетона при сжатии после повторных нагружений
- Учет изменения свойств предварительно нагруженного керамзитофибробетона при расчете железобетонных элементов
Введение к работе
В России и за рубежом проявляется все больший интерес к исследованию и проектированию фибробетонов для изготовления строительных конструкций различного назначения. Фибробетоны представляют собой строительный композиционный материал, на основе бетонной матрицы, армированной отрезками тонкого стального или нестального (стеклянного, минерального) волокна — фибрами. Особый интерес представляют фибробетоны, армированные минеральными волокнами, главные достоинства которых - дешовое природное сырье и достаточно высокие прочностные характеристики. Наличие в бетоне минеральных волокон увеличивает прочность, жесткость и трещиностойкость конструкции, их морозо и ударную стойкость, сопротивление усадки, ползучести и другие важнейшие характеристики.
Исследования показывают, что более эффективно введение минеральных волокон в легкие бетоны, в частности в керамзитобетон. В связи с этим большой интерес представляют исследования свойств керамзитофибробетона.
Исследования, проведенные в КИСИ, НИИЖБе и НИИСКе, РГСУ, ВГГГИ Агростроя, показали, что свойства базальтофибробетонов (БФБ) существенно зависят от технологии приготовления композитов и физико-механических свойств исходных материалов.
Эти исследования позволили установить значительное улучшение (по сравнению с обычными бетонами) ряда важнейших характеристик фибробетонов с использованием грубого базальтового волокна (ГБВ). В частности, прочность на осевое растяжение повышается 1,2-2 раза, а на сжатие в 1,2 - 1,3 раза. Деформации усадки и ползучести при сжатии снижаются на 20 - 40%.
Несмотря на очевидные преимущества фибробетонов на основе ГБВ, работу железобетонных конструкций на их основе, а также методы расчета и проектирования таких конструкций исследованы недостаточно.
Так, не изучено влияние длительного предварительного обжатия, происходящего в преднапряженных конструкциях на изменение прочностных и де-формативных свойств керамзитофибробетонов при последующем сжатии и растяжении.
Ряд железобетонных конструкций в процессе эксплуатации подвергается немногократно повторным нагружениям. В таких условиях могут работать колонны промышленных и гражданских зданий, стойки бункеров, мостов, эстакад и других конструкций. Очевидно, что такие режимы нагружения будут оказывать существенное влияние на свойства бетона и характер его диаграммы деформирования, что в свою очередь отражается на работе конструкций в целом.
Между тем влияние повторного нагружения на параметры диаграммы деформирования керамзитофибробетона(КФБ) на основе ГБВ не изучено. В связи с неизученностью вопроса до настоящего времени отсутствуют методики учета влияния предварительных напряжений и повторных нагружений на прочностные и деформативные свойства керамзитофибробетона при расчете конструкций.
Исследованию этих и других малоизученных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа.
Решение поставленных в работе задач имеет существенное значение для надежного и рационального проектирования преднапряженных керамзитофиб-рожелезобетонных элементов, а также конструкций подвергнутых немногократно повторным нагружениям.
Цель диссертационной работы: исследование влияния предварительного напряжения и повторных нагружений на прочностные и деформативные характеристики и диаграмму деформирования керамзитофибробетона при последующем сжатии и растяжении и разработка методов учета этих процессов при расчете керамзитофиброжелезобетонных конструкций.
Автор защищает:
результаты экспериментальных исследований по установлению влияния предварительных напряжений на изменение прочностных и деформатив-ных характеристик керамзитофибробетона при последующем сжатии и растяжении;
полученные корреляционные зависимости по учету влияния предварительного напряжения на параметры диаграммы деформирования керамзитофибробетона;
результаты экспериментальных исследований влияния немногократно повторных нагружений на прочностные и деформативные свойства керамзитофибробетона при последующем сжатии и растяжении;
предлагаемые корреляционные зависимости по учету влияний повторных нагружений на свойства и диаграммы деформирования керамзитофибробетона;
приближенную методику оценки влияния предварительных напряжений и повторных нагружений на параметры диаграммы деформирования керамзитофибробетона при сжатии и растяжении, удобную для инженерных расчетов;
предложения по аналитическому описанию полной диаграммы керамзитофибробетона после предварительных напряжений и повторных нагружений;
результаты численных экспериментов по установлению эффективности учета влияния предварительного напряжения керамзитофибробетона при расчете конструкций различной гибкости на всем диапазоне изменения относительных эксцентриситетах внешней силы.
Научная новизна работы:
- выявлено существенное влияние длительного предварительного напря
жения керамзитофибробетона на его свойства и диаграмму деформирова
ния при последующем сжатии и растяжении;
предложены на основе методики математического планирования эксперимента корреляционные зависимости, позволяющие учесть влияние предварительного нагружения на свойства керамзитофибробетона при расчете преднапряженных конструкций;
определено значительное влияние немногократно повторных нагружений на параметры диаграмм деформирования керамзитофибробетона при сжатии и растяжении;
получены корреляционные зависимости механических характеристик керамзитофибробетона при сжатии и растяжении от уровня повторных сжимающих напряжений и коэффициента асимметрии цикла;
разработана упрощенная методика приближенной оценки влияния предварительного напряжения и повторных нагружений на параметры диаграммы деформирования керамзитофибробетона при сжатии и растяжении, удобная для использования в инженерных расчетах;
даны предложения по аналитическому описанию полной диаграммы деформирования керамзитофибробетона с учетом влияния предварительных напряжений и повторных нагружений;
по результатам численных экспериментов определены области (гибкость конструкций и относительный эксцентриситет внешней силы), в которых учет влияния предварительного нагружения на изменение свойств керамзитофибробетона наиболее эффективно.
Достоверность разработанных рекомендаций подтверждается статистической обработкой опытных данных автора, выполненной с использованием методов математического планирования эксперимента, а также результатами численного эксперимента.
Практическое значение и внедрение результатов работы.
Разработаны практические рекомендации по учету влияния предварительного обжатия на параметры диаграммы деформирования керамзитофибробетона при сжатии и растяжении.
Предложены рекомендации по учету изменения свойств керамзитофиб-робетона при сжатии и растяжении после повторных нагружениЙ.
Использование разработанных автором рекомендаций позволит более точно оценивать несущую способность, деформативность и трещиностойкость предварительно напряженных керамзитофибробетонных конструкций при однократных и повторных нагружениях.
Разработанные рекомендации по проектированию и расчету керамзито-фиброжелезобетонных конструкций используются ОАО ПСП 'СевкавНИПИаг-ропром "в проектной работе.
Результаты исследований автора также внедрены в учебный процесс в Ростовском Государственном строительном университете — они включены в программу общего и специального курсов железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести научных статьях.
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Ростовского-на-Дону Государственного строительного университета и проектного и научно-исследовательского института "Сев-кавНИПИагропром" в 1999...2003 г.г.
Диссертационная работа выполнена в Ростовском Государственном строительном университете под руководством доктора технических наук, профессора Д.Р. Маиляна.
Виды фибрового армирования бетона и технология приготовления фибробетонов
В последние годы фибробетон и особенно фиброжелезобетон находят все более широкое применение в наиболее развитых в технологическом отношении странах - Японии, США, Норвегии, ФРГ, Франции, Великобритании, КНР, Австралии и др. [15, 86, 107, 108, 110, 129].
Объясняется это тем, что в мировой практике строительства все чаше стали возводиться уникальные сооружения, здания и отдельные конструкций, эксплуатационные характеристики, гарантированный уровень безопасности и долговечности которых значительно превышают обычные, регламентированные действующими нормативными документами.
Российский и зарубежный опыт, в достаточной мере опробированы пока лишь на основе стали и стекла [86 - 89], менее изучены фибробетоны на синтетической фибре, а также армированные углеродными волокнами [120 -128].
В зарубежной практике наибольшее распространение получил стале-фибробетон. При подборе его состава наибольший размер крупного заполнителя обычно принимается меньшим или равным примерно половине длины волокон. Водоцементное отношение определяемое из условии заданной прочности на сжатие, не должно превышать 5%. Содержание волокна в фиб-робетоне устанавливают исходя из прочности материала на изгиб. Для армирования обычно используют сетку из металлической проволоки диаметром от 0,2 до 1,5 мм, длиной от 12 до 25 мм с различными исходными свойствами. Объемная концентрация колеблется в пределах 0,3 - 6,0%, Прочность на сжатие увеличивается от 15 до 40% по сравнению с обычным бетоном, на растяжение в 2,5 — 3 раза. Резко возрастает ударная прочность, сопротивление истирающим воздействиям. Экономия стали в зависимости от вида изделий может достигнуть от 15 до 55%, что позволяет существенно уменьшить размеры конструкций.
Стеклофибробетон, имея по сравнению с бетонами на стальной фибре дополнительное преимущество, т.е., стойкость в коррозионных средах пока имеют меньшее практическое применение. Объясняется это прежде всего небольшими объемами изготовления такой арматуры. Стеклофибробетон получают перемешиванием бетонной смеси и щелочестойкого стекловолокна ( диаметром 5-20 мм) с объемной концентрацией 1 - 5%. Помимо повышенной в 2,2 - 3,0 раза прочности при растяжении, стеклофибробетон отличается высокой коррозионной стойкостью, что позволяет применять его не только для экономии стали, но и повышения долговечности тонкостенных конструкций, работающих в агрессивных условиях.
По данным международной ассоциаций по Стеклофибробетону, он имеет следующие физико-механические характеристики: морозостойкость 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания; относится к категории несгораемых материалов (скорость распространения равно 0); водонепрони-цаемость 0,02 — 0,04 мл (м .мин) при толщине 8 мм; влагопоглощение 10 -20% ; звукопоглощение 23 дб при частоте 125 Гц [108].
Фибробетон в Российской практике строительства в отличие от зарубежной в основном применяется для сборных конструкций [21, 26, 29, 36, 104]. Здесь накоплен значительный опыт применения неметаллической фибры, однако фактические объемы внедрения этого эффективного вида армирования пока явно недостаточны. Создания фибровой арматуры из базальтовых волокон принципиально новое направление в области технологий и проектирования конструкций, развивающееся в последние годы.
Исходным материалом для базальтовых волокон служат базальты, представляющие собой мелкозернистые эффузивные горные породы вулканического происхождения. По химическому составу базальты относятся к группе основных пород, для которых характерно невысокое содержание кремнезема. Базальтовые волокна получают путем плавления базальтовой мелочи, вытягивания волокна из полученного расплава и пропиткой его полимерной композицией. Разработана схема опытно - промышленной линии по изготовлению стекло и базальтопластиковой арматуры. Характерной особенностью арматуры этих видов является отсутствие заметных пластических деформаций при нагружении. Рабочая диаграмма растяжения базальта является прямолинейной вплоть до разрыва. Исследования в этой области начаты в России впервые, а их подстановка обусловлена неограниченными запасами, дешевизной сырья и простотой технологии получения базальтового волокна, которое практически не отличается от технологии изготовления стеклянных волокон из шихты.
Наиболее полно влияние базальтового волокна изучено на матрицах, состоящих из смеси песка и цемента. Как показали исследования, проведенные в КИСИ, НИИЖБе и НИИСКе, РГСУ, ВПТИ Агростроя, свойства ба-зальтофибробетонов существенно зависят от технологии приготовления композитов и физико механических свойств материалов.
Эти исследования позволили установить значительное улучшения (по сравнению с обычными бетонами) ряда важнейших характеристик фибробе-тонов с использованием грубого базальтового волокна. В частности прочность на осевое растяжение повышается в 1,5 - 2 раза, а на сжатие в 1,2 - 1,3 раза. Деформаций усадки и ползучести при сжатии снижаются на 20 -30%. Несмотря на очевидные преимущества фибробетонов с ГБВ, работа железобетонных конструкции на их основе, а также методы расчета и проектирования таких конструкции исследованы недостаточно.
При получении фибробетонов важное значение имеют не только правильный выбор и рациональное сочетание исходных материалов, но и технология их изготовления [105,106]. Принципы технологии и приемы дисперсного армирования зависят во многом от вида используемых бетонных матриц. Вид бетона определяет характер рационального для него вида дисперсного армирования и оптимальные значения геометрических параметров дисперсной арматуры. Основную сложность в приготовлении фибробетона представляет вопрос равномерного распределения волокон по всему объему матрицы. В настоящее время технология приготовления фибробетонов развивается по двум основным направлениям: метод виброэкструзии и метод принудительного перемешивания.
Метод виброэкструзии позволяет получить фибробетоны с ориентированным расположением волокон, что при меньшем расходе дает возможность добиться получения фибробетонов с требуемыми физико -механическими свойствами.
Изменение диаграмм деформирования керамзитофибробетона после предварительного обжатия
Механизм изменения прочностных и деформативных свойств керамзитофибробетона при повторных нагружениях можно представить следующим образом. При первичном нагружении в растворной части бетона происходят значительные пластические деформации. При этом заполнители, имеющие по сравнению с растворной частью более высокие физико-механические характеристики, работают практически в упругой стадии. При последующей после первичного нагружения разгрузке деформации заполнителей восстанавливаются не полностью вследствие необратимости значительной доли деформации ползучести растворной части.
Таким образом, после первого цикла загружения «нагрузка — разгрузка» в сжатом бетоне появляются остаточное самоуравновешанное напряженно — деформированное состояние, характеризующееся наличием сжимающих напряжений и деформаций в заполнителе и растягивающих в растворной части.
При вторичном и последующих циклах загружения происходит накапливание остаточных напряжений и деформаций. Вместе с тем, при каждом последующем загружении отжатой оказывается все большая часть пластических деформаций керамзитофибробетона и при уровнях повторных нагружении, не превышающих длительной прочности бетона, накопление остаточных напряжений и деформаций постепенно затухает, приближаясь к некоторой конечной величине.
Под воздействием повторных растягивающих усилий наблюдается обратная картина - заполнители оказываются в растянутом состоянии, а растворный скелет - в сжатом. Поэтому влияние предварительных повторных нагружении зависит как от их знака, так и от знака последующего нагружения. Степень и характер этого влияния определяются уровнем повторных на времени нагружения т, количеством циклов нагружения «п» и др. факторами.
При немногократно повторных нагружениях, если их уровень не превышает предела усталостной прочности, уже после нескольких десятков на-гружений наступает стабилизация свойств керамзитофибробетона, которые практически остаются неизменными до десятков тысяч нагружений. При многократно повторных нагружениях, исчисляемых сотнями тысяч циклов процесс изменения механических свойств керамзитофибробетон может возобновляться.
При этом, если напряжения ь уь Ry, где Ry и - соответственно пределы малоцикловой и многоцикловой усталостной прочности бетона, то керамзитофибробетон разрушится при напряжениях меньших предела малоцикловой усталости.
Таким образом можно отметить три стадии работы керамзитофибробе-тона при повторных нагружениях. На 1 стадии при немногократно повторных нагружениях — с ростом KOJ личества циклов происходит накапливание остаточных напряжений и деформаций. Причем, при каждом последующем загружении отжатой оказывается все большая часть пластических деформаций бетона, и при определенном количестве циклов повторных нагружений накопление остаточных напряжений и деформаций постепенно затухает, приближаясь к некоторому конечному значению. В стадии 2 происходит условная стабилизация изменения свойств ке-рамзитофибробетона, при этом увеличение остаточных напряжений и деформаций практически не происходит. Стадия 3 характеризуется новой активизацией роста остаточных напряжений и деформаций, сильным развитием микротрещин в растворной части бетона и особенно - в зоне контакта заполнителя с растворной частью. Эти микротрещины концентрируются в основном в продольном направлении, переходя (по мере прогрессирующего разуплотнения материала и приближения его к разрушению) в макротрещины, разделяющие бетонный элемент на отдельные блоки. Таким образом, наиболее существенное изменение механических свойств бетона, в частности прочности RB, деформативные характеристики Sbr» Eb и полная диаграмма деформирования «оь - єь », происходит в стадии 1 и 3 при относительной стабилизации их в стадии 2. Отметим, что границы стадии зависят в основном от относительного уровня повторных нагружений Предлагаемая модель происходящих в керамзитофибробетоне процессов и изменения его свойств при повторных нагружениях позволяют объяснить противоречивость опытных данных различных исследований. Вследствие различия в пределах варьирования параметров rj14 и р испытуемые образцы оказываются в различных стадиях процесса изменения свойств материала. Целью исследований являлось получение данных о влиянии на свойства керамзитофибробетона основных факторов при двух режимах повторных на-гружений (рис. 3.1) 1. Немногократно — повторное сжатие с последующим испытанием на сжатие; 2. Немногократно — повторное сжатие с последующим испытанием на растяжение. На центральное сжатие было испытано 30 опытных бетонных призм (1 режим нагружения), на центральное растяжение - (2 режим нагружения) - 30 (рис. 3.2). В качестве объекта исследования были выбраны призмы размером 10x10x40 см. Призмы изготавливались из керамзитофибробетона проектной прочностью 25 МПа. В качестве фибрового армирования использовалось грубое базальтовое волокно (ГБВ). Процент фибрового армирования принимался оптимальным и равным 10 % от массы цемента и песка. Технология изготовления опытных образцов предусматривала приготовление керамзитофибробетона с грубым базальтовым волокном методом принудительного перемешивания, по раздельной технологии. Это делалось с целью равномерного распределения волокон в бетонной смеси. На первом этапе производилось приготовление растворной части, на втором перемешивание растворной части с заполнителем.
Изменение свойств керамзитофибробетона при сжатии после повторных нагружений
Полученные данных подтверждаются результатами работы А.Е. Шейки-на, Д.Р. Маиляна, и др., где также отмечалось описанное явление. Немногократно повторные нагружения оказывают также влияние и на изменение очертаний диаграммы «аь - еь» бетона в закритической стадии. Нисходящая ветвь диаграммы сжатия бетона становится более крутой, направленной к оси деформаций под большим углом. Наоборот, значение начального модуля Ев15, численно равно тангенсу угла наклонной касательной и кривой «аь - ЕЬ» в начале координат, оказывается весьма малым. Затем тангенс угла наклона касательной к оси кривой возрастает, достигает своего максимума в точке перегиба и вновь начинает снижаться. Вследствие этого целесообразно, на наш взгляд, оперировать в расчетах значением модуля численно равным тангенсу утла наклона касательной именно в точке перегиба кривой «аь - ь» В этой точке, во — первых, обе части кривой — как нижняя, так и верхняя - имеют общую касатель ную, и, во - вторых, значение модуля упругости максимально. Отметим, что такой подход не страдает условностью, которая неизбежно появляется при формальном применении традиционных приемов определения Еь при повторных нагружениях.
Сравнительный анализ роли исследуемых параметров немногократно повторных нагружений в процессе изменения свойств бетона показал (рис. 3.5 - 3.7), что наибольшее влияние на это изменение оказывает уровень повторных нагружений 4rep. С увеличением Лгер от 0,3 до 0,8 наблюдается снижение предельных деформаций ebR бетона 24 % (рис. 3.7). Не столь однао-значно влияние уровня повторных нагружений на модуль упругости Еь и призменную прочность RB бетона. При увеличении т\тер от 0,3 до 0,55 Ев и Rt, возрастают соответственно до 30% и до 32 %. При дальнейшем увеличении Лгер 0,6 этот эффект ослабевает и при rjrep = 0,8 наблюдается даже снижение модуля упругости и призменной прочности по сравнению с их максимальными значениями (рис. 3.5 и 3.6).
Несколько меньшее (однако тоже существенное) влияние на изменение механических свойств бетона оказывает коэффициент асимметрии цикла повторного нагружения — с его увеличением интенсивность изменения свойств керамзитофибробетона снижается. Так при /v=0 прзменная прочность после немногократно повторных нагружений с уровнем 11 =0,55 возрасла на 30%, а прирь = 0,6 - на 22 %. Аналогичный характер носит влияние ръ на изменение и других характеристик керамзитофибробетона.
Изменение предельных деформаций ebR от значений параметров повторных нагружений носит обратный характер. Увеличение уровня повторных нагружений тігер при неизменном ръ приводит к снижению значений EbR . Так, приръ = 0 возрастание тгер влечет за собой снижение Єья с 14 % до 24 % по сравнению с однократным нагружением. Этот эффект несколько смягчается с повышением коэффициента асимметрии цикла повторного нагружения - повторные нагружения с р — 0,6 и значениями r\ttp указанными выше, приводит к снижению лишь на 9 %.
Наибольшее влияние на изменение величины модуля упругости керамзитофибробетона Ев оказывает уровень повторных нагружений т\тер , однако, в отличие от бы, влияние тігер на Ев неоднозначно. При возрастании г от 0,3 до 0,55 увеличивается и модуль упругости керамзитофибробетона (до 30 %). При более высоких уровнях повторных нагружений тігер 0,6 модуль упругости начинает уже снижаться и при тгер = 0,8 величина Ев оказывается выше, чем при однократном нагружений всего на 22 %. С увеличением коэффициента асимметрии цикла рь степень изменения модуля упругости снижается.
Почти аналогичное влияние оказывают параметры повторных нагружений и на изменение призменной прочности керамзитофибробетона Rj,. Увеличение уровня нагружений тгер от 0,3 до 0,55 приводит к возрастанию RB, рост rjrep сверх 0,6 снижает этот эффект. При возрастании коэффициента асимметрии цикла/ изменение RB становится менее заметным.
Анализ деформативных и прочностных свойств керамзитофибробетона в результате повторных нагружен ий, позволил выявить следующую ее взаимосвязь с микротрещинообразованием.
При немногократно повторных нагружениях с напряжением, не превы шающим нижнего параметрического уровня микротращинообразования - , изменение деформативных (ebR , Eb) и прочностных (Rb) характеристик керамзитофибробетона незначительно, и им можно пренебречь. При повторных нагужениях с напряжениями, находящимися в пределах между верхним и нижним уровнем микротрещинообразования « Сть,гер S т изменение свойств бетона существенно, и его следует учитывать в расчетах.
Назначение предельных деформаций SbR керамзитофибробетона при однозначно - -с увеличением напряжения ов, rep е BR возрастает. Иначе дело обстоит с модулем упругости Еь и призменной прочностью Rb керамзитофибробетона. Эти характеристики возрастают лишь при уровень, лежащий на ультразвуковой кривой приблизительно посредине между « и « . При больших напряжениях значения Ев и RB снижаются.
Показатели свойств керамзитофибробетона после повторных нагруже-ний определяются умножением исходных показателей при однократном на-гружении на соответствующие коэффициенты условий работы бетона угер.
Для расчетной оценки влияния повторных нагружений на свойства керамзитофибробетона составлены планы трехуровнего двухфакторного эксперимента.
Учет изменения свойств предварительно нагруженного керамзитофибробетона при расчете железобетонных элементов
Перспективным направлением в совершенствовании методов расчета железобетонных элементов является использование полных с нисходящими ветвями диаграмм деформирования бетона в сжатой и растянутой зонах элемента. Такой подход позволяет получить аналитические зависимости, описывающие напряженно — деформированное состояние на всех этапах нагруже-ния конструкций, обеспечивает единый подход к определению прочности, жесткости и трещиностойкости железобетонных элементов.
В преднапряженных конструкциях бетон еще до приложения внешней нагрузки испытывает воздействие предварительных сжимающих или растягивающих напряжений, что ведет к существенному изменению свойств бетона и вида диаграмм «оь - Єь» (см. главу 2). При неравномерном предварительном напряжении в каждом волокне бетона возникает свое напряженно - деформированное состояние, характеризуемое переменным по высоте сечения уровнем преднапряжения п ы - ст Ър; / R bp- Степень же изменения диаграммы «аь - єь», вызванная предварительным напряжением бетона, существенно зависит от уровня ль. В каждом волокне железобетонного элемента диаграмма будет изменяться (трансформироваться) по - разному. В бетоне железобетонных конструкций в общем случае может реализоваться один из четырех случаев напряженно — деформированного состояния, вызванного начальным (предварительным) и последующими эксплуатационными силовыми воздействиями: сжатие - сжатие; сжатие - растяжение; растяжение - сжатие; растяжение - растяжение. Для учета этого явления предлагается корректировать параметры диаграммы деформирования бетона (R, єьг, Еь), умножая их на соответствующие кэффициенты yRi уь, ТЕЬ Методика учета влияния предварительных нагружений на параметры диаграммы подробно изложена в главе 2. В качестве исходной может быть использована диаграмма деформирования бетона, рекомендованная ЕКБ - ФИП, которая в данном случае принимает вид:
Важнейшей задачей современной строительной индустрии является снижение себестоимости строительства за счет уменьшения материалоемкости строительных конструкций. Результаты выполненных исследований показали, что одним из путей снижения себестоимости и материалоемкости железобетонных конструкций является использование в них конструктивного керамзитофибробетона на основе ГБВ. Другим резервом повышения эффективности и надежности железобетонных конструкций является использование методов расчета (нормативных или новых методов, учитывающих полные диаграммы деформирования материалов), наилучшим образом отражающих физические явления, происходящие в конструкциях. Проведенные автором экспериментально — теоретические исследования показали, что нормативные методы расчета в ряде случаев существенно недооценивают несущую способность преднапряженных железобетонных элементов за счет неучета изменения свойств бетона, происходящего в результате его длительного предварительного обжатия. При расчете железобетонных конструкций, работающих при немногократно-повторных нагружениях также наблюдается неучет изменения свойств бетона, вызванных предварительными повторными воздействиями. В некоторых случаях при расчете по действующим нормам может наблюдаться, наоборот, некоторая переоценка несущей способности предна-пряженных железобетонных конструкций. При этом происходит снижение запаса прочности и, как следствие, надежности конструкций. Это может быть при определении усилий трещинообразования и в других случаях. Разработанные рекомендации по совершенствованию нормативных методов расчета, а также методов расчета с учетом полных диаграмм деформирования бетона позволяют сблизить опытные и теоретические значения несущей способности, деформативности и трещиностойкости железобетонных конструкций. Таким образом, использование разработанных предложений по учету при проектировании железобетонных конструкций влияния предварительных напряжений и повторных нагружении позволяет в одних случаях повысить экономичность проектируемых конструкций, а в других — надежность их расчетной оценки. В существующих сериях типовые железобетонные элементы изготавливаются из тяжелого или легкого бетона и армируются ненапрягаемой или предварительно растянутой арматурой. При этом используется обычная (для ненапряженных) и высокопрочная (для преднапряженных конструкций) арматура. Между тем, выполненные нами исследования, а также ранее полученные экспериментальные данные [124- 128] показывают, что в ряде случаев целесообразна замена в конструкциях тяжелого бетона на керамзитофибробе-тон. При этом снижается масса конструкций, что само по себе является весьма важным при строительстве в сейсмических районах, а с экономической точки зрения влечет за собой снижение транспортных и строительно-монтажных расходов. Исследования керамзитофибробетона на основе ГБВ, приведенные в данной работе, а также работы других авторов, проводившиеся с данным материалом [124 - 128] говорят о том, что этот материал может быть весьма эффективен при применении его в несущих конструкциях, в частности в колоннах. Для определения технико - экономической эффективности керамзито-фиброжелезобетонных стоек, армированных высокопрочной преднапряжен-ной сталью приведены их экономические сравнения с типовыми колоннами. С этой целью выбраны две типовые колонны малой гибкости: К — 36 — 3 (серия 1 — 423) и 1 КВЗ.ЗЗ — 2 (серия 1.020 — 1/83). Обе колонны используются в промышленном строительстве, их конструкции показаны на рис. 4.1. Длина колонн 4.4 м и 3.3 м соответственно, сечение 30 х 30 см. Армирование выполнено сталью 0 20 А — Ш по углам сечения. Колонна К — 36 - 3 крайняя, в верхней части имеет одностороннюю консоль для опирання балок и испытывает нагрузку со значительным эксцентриситетом. Колонна 1 КВЗ.ЗЗ - 2 бесконсольная и предназначена для работы при случайных эксцентриситетах внешней силы.
