Введение к работе
Актуальность работы. Мировой опыт развития железобетонных конструкций неразрывно связан с улучшением физико-механических свойств материалов, используемых при изготовлении конструкций, и совершенствованием методов расчета железобетонных конструкций.
В бывшем СССР, а затем и в странах СИГ, основным видом арматуры периодического профиля, применяемой в качестве рабочей арматуры железобетонных конструкций до последнего времени была горячекатаная арматура класса А400 (A-III) марок 35ГС и 25Г2С. Из-за дефицита ферромарганца более 70 % арматуры этого класса производится из стали марки35ГС с содержанием углерода до 0,39 %, и по международным стандартам эта сталь считается несвариваемой.
Большинство экономически развитых стран мира перешли или переходят на производство и применение в обычном железобетоне одного класса свариваемой арматуры - А500С с нормативным пределом текучести 500 МПа.
Для Республики Беларусь, не имеющей своих источников черных металлов реальный путь расширения производства ненапрягаемой арматуры -это переход на применение термомеханически упрочненной арматурыспре-делом текучести не менее 500 МПа из углеродистой стали, что позволит выйти на мировой рынок с продукцией, соответствующей стандартам развитых стран и при э экономить дорогостоящие легирующие добавкГ
В настоящее время Белорусский металлургический завод (БМЗ) освоил технологию производства арматуры из углеродистой стали марки СтЗсп, при этом экономия дорогостоящих легирующих добавок в расчете на 100 т стали составляет: марганца-800...900 кг,кремния -450...600 кг. Это снижает себестоимость проката на 15 % Нормированные требования к производству арматуры класса Ат500С установленьїТоСТом 10884-94 и ТУ рГо4778771-001-93 Однако нормативной базы для применения арматуры класса Ат500С сегодня нет поэтомуТоектировщики и crpovnT» испоїзуют ее с показа-"ляГар^ы МОО
Этим обусловлена необходимость проведения комплексных исследований с целью разработки рекомендаций по применению арматуры класса Ат500С в изгибаемых железобетонных конструкциях в РеспубликеБеларусь. В проекте СНЕ 5.03.01-98 основная расчетная модель сечений построена с использованием диаграмм деформирования материалов. Поэтому исследования прочностных информативных характеристик арматуры класса Ат500С которая впервые внесена в проект новых норм СНЕ 5 И 01-98 как St500, имеет важное научное и практическое значение
Связь работы с срупными иаучными темами. Работа авляется яазделом комплексной программы "Стройпрогресс-2000" научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института бетона и железо-
бетона (НИИЖБ) Госстроя РФ, а также государственной программы "Разработка национального комплекса научно-технической документации в "строительстве" (п. 1.1.13) Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь.
Целью диссертационной работы является обоснование условий применения в изгибаемых железобетонных конструкциях термомеханически упрочненной арматуры класса Ат500С из углеродистой стали.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать механические свойства арматуры Ат500С из стали марки СтЗсп в состоянии поставки;
исследовать влияния масштабного фактора (диаметра арматуры) на параметры диаграммы деформирования арматуры;
разработать предложения по нормированию диаграммы деформирования арматуры класса Ат500С;
исследовать влияние различных видов сварки на механические свойства арматуры;
исследовать прочность, трещиностойкость и деформативность изгибаемых железобетонных элементов с рабочей арматурой класса Ат500С, имеющей различные диаграммы "а-є";
теоретически исследовать влияние прочности бетона и процента армирования на ширину раскрытия трещин в нормальных сечениях изгибаемых элементов.
провести апробацию методов расчета прочности, трещиностойкости и деформативности изгибаемых элементов с новым классом арматуры Ат500С по проекту СНБ 5.03.01-98;
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является ненапрягаемая термомеханически упрочненная арматура класса Ат500С из углеродистой стали марки СтЗсп и изгибаемые железобетонные элементы, армированные ею. Предмет исследования - механические и технологические характеристики указанной арматуры, прочность, трещиностойкость и деформативность изгибаемых железобетонных элементов с рабочей арматурой класса Ат50ОС.
Методология и методы проведения исследованияя При иыполненни данной работы использовались экспериментальные методы исследований механических свойств арматуры, прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных элементов, а также статистические методы обработки экспериментальных данных.
Научную новизну работы составляют:
результаты экспериментальных исследований механических свойств арматуры класса Ат500С из углеродистой стали и их изменчивости в состоянии поставки;
впервые полученные экспериментальные данные о влиянии диаметра стержней на механические свойства термомеханически упрочненной арматуры класса Ат500С из углеродистой стали марки СтЗсп;
предложения по нормированию диаграммы деформирования арматуры класса Ат500С;
экспериментальные данные о влиянии крестообразных сварных соединениl на механические и технологические свойства арматуры класса Ат500С;
впервые полученные экспериментальные данные о прочности, тре-щшюстойкости и деформативности изгибаемых элементов с продольной арматурой класса Ат500С из углеродистой стали;
экспериментальные данные о влиянии различных диаграмм растяжения арматуры класса Ат500С (а/а,,*) на прочность, трещиностойкость и
деформативность изгибаемых элементов;
результаты теоретических исследований влияния прочности бетона и процента содержания рабочей арматуры на динамику развития трещин изгибаемых элементов;
результаты теоретических исследований влияния прочности бетона и процента армирования рабочей арматуры на динамику развития трещин изгибаемых элементов.
результаты апробации методов расчета прочности, трещиностойко-сти и деформативности по методике проекта СЫБ 5.03.01-98 с использованием нового класса арматуры.
Практическая значимость полученных данных. Выполненные исследования позволили объективно оценить механические свойства арматуры класса Ат500С из углеродистой стали, выпускаемой Белорусским металлургическим заводом, и их изменчивость, дать предложения для включения в нормы проектирования по назначению расчетного сопротивления и нормированию диаграммы деформирования этой арматуры.
Результаты исследований использованы при внедрении в производство многопустотных плит перекрытия на АП КЖИ №214. Использование в качестве рабочей арматуры класса Ат500С взамен A-Ш (А400) дает экономию стали 15-21%. Проведенные исследования способствуют внедрению в практику строительства нового класса арматуры, соответствующей стандартам развитых стран.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает:
результаты исследования механических свойств арматуры класса Ат500С из стали марки СтЗсп в состоянии поставки, изготовленной Белорусским металлургическим заводом;
результаты исследования влияния масштабного фактора (диаметра арматуры) на прочностные параметры исследуемой арматуры;
предложения по нормированию диаграммы деформирования арматуры класса Ат500С из углеродистой стали;
экспериментальные данные о возможности эффеетивного использо
вания арматуры повышенной прочности класса Ат500С без предварительно
го напряжения в железобетонных изгибаемых конструкциях;
результаты исследования влияния физико-механических характеристик арматуры класса Ат500С на прочность, трещиностойкость и деформа-тивмость изгибаемых железобетонных элементов;
результаты апробации методик расчета прочности, трещиностойко-сти и деформагивности, представленных в проекте СНБ 5.03.01-98, с исполь-зованием нового класса арматуры.
Личный вклад соискателя. Работа выполнена соискателем < самостоятельно на кафедре "Железобетонные и каменные конструкции" Полоцкого государственного университета под научным руководством доктора техниче-ских наук, профессора ТМ. Пецольда икандидата технических наук, доцента В.Д.Терина
Апробация результатов диссертации. Основные еоложения диисертации доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: VII научно-техническая конференция "Новые направления в строительстве и развитии строительных конструкций и материалов" (Люблин, 1996 г.); международная конференция "Инженерные проблемы современного бетона и железобетона" (Минск, 1997); научно-методические межвузовские семинары "Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь" (Брест, 1996 г.; Гомель, 1997 г.; Могилев, 1998 г.)
Опубликованность результатов. Основные положения диссертации и результаты, выносимые на рассмотрение, опубликованы в 3 статьях рецен-зируемых сборниках научных работ и в 3 сборниках материалов научных конференций с общей численностью 24 страниц печатного текста.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, основной части, состоящей из четырех глав, заключения, списка используемых источников из 144 наименований. Объем работы составляет 130 страниц, включая 79 страниц машинописного текста, 52 ри-сунка,19таблици3 приложения.