Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА I. ОБЗОР, СОДЕРЖАНИЕ. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
I.I. Зарубежные исследования и опыт Г7
1.2.0течественные исследования и опыт 21
1.3.Содержание работы 32
1.4;Некоторые общие вопросы методики исследования 33
1.5.Выводы по главе I 53
ГЛАВА 2. ТРЕЩЙНОСТОЙКОСТЬ ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ ОБЖАТИИ
2.1.Состояние вопроса 55
2.2.Расчет усилия элемента в случае деформирования сжатого бетона по закону квадратной
параболы (алгоритм 0Т.І) 60
2.3.Расчет усилия трещиностойкости внецентренно-обжатого элемента в случае общего закона деформирования сжатого бетона (алгоритм
ОТ.2) 68
2.4 Анализ формул норм. Предложения по расчету трещиностойкости при внецентренном сжатии, обжатии и изгибе • 75
2.5.Экспериментальные данные 80
2.6.Выводы по главе 2 88
ГЛАВА 3. ДЕФОРМЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ СЕЧЕНИЯ С ТРЕЩИНОЙ ОБЖАТИЯ
3.1.Параметры обжатия. Основы расчета сечения (алгоритмы ОСІ, ОС.2 и ОС.З) 3.2.Расчет сечения с трещиной обжатия при не упругой работе растянутого и сжатого бетона (алгоритм ОС.З) 92
З.З. Развитие трещин обжатия по высоте 95
3. Высоты сжатой и растянутой зон сечения с трещиной 102
3.5. Напряжения и деформации в сечении с трещиной
3.6. Изменение напряжений в верхней ненапря -гаемой арматуре с течением времени III
3.7. Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ВЫГИБЫ, ШИРИНА РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН ОБЖАТИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПО ДЛИНЕ ЭЛЕМЕНТА.
4.1. Выгибы элементов с трещинами обжатия 114
4.2. Ширина раскрытия трещин обжатия 131
4.3. Прямоугольные диски, образующиеся при внецентренном обжатии
4.4. Выводы по главе 4 151
ГЛАВА 5. ДЛИТЕЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ В СЕЧЕНИИ С ТРЕЩИНОЙ ОБЖАТИЯ И ПОТЕРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
5.1. Введение. Методика опытных исследований... 153
5.2. Суммарные деформации бетона на уровне напрягаемой арматуры 156
5.3. Деформации бетона на уровне напрягаемой арматуры в сечениях с трещинами обжатия... 159
5.4. Потери напряжений в сечении с трещиной обжатия 169
5.5. Длительные деформации по высоте сечения с трещиной обжатия 174
5.6. Выводы по главе 5 182
ГЛАВА 6. ЗАКРЫТИЕ ТРЕЩИН ОБЖАТИЯ
6.1. Общий характер процесса закрытия трещин обжатия. Методика исследования и некоторые опытные зависимости 186
6.2. Влияние первичного загружения бетона на некоторые его свойства при разгрузке и последующем нагружении напряжениями другого знака 199
6.3. Первая (статическая) модель закрытия трещин обжатия при упругой разгрузке бетона (алгоритм И3.1). Коррективы на неупругую разгрузку (алгоритм ИЗ.1а) 217 Стр.
6.4. Вторая (геометрическая) модель закрытия трещин обжатия (алгоритм И3.2) 233
6.5. Третья (физическая) модель закрытия трещин обжатия при неупругой работе бетона (алгоритм ИЗ.З) 243
6.6. Практический способ определения момента закрытия трещин (алгоритм ИЗ.4) 248
6.7. Выводы по главе 6 252
ГЛАВА 7. ТРЩИНОСТОЙКОСТЬ ОБЖАТОЙ ЗОНЫ
7.1. Введение 256
7.2. Некоторые опытные данные 258
7.3. Расчет трещиностойкости с учетом момента закрытия трещин обжатия сложении упругой разгрузки бетона
7.3.1. Расчет трещиностойкости в предположении упругой (алгоритм Их.1)
7.3.2. Расчет трещиностойкости при не -упругой разгрузке бетона (алгоритм ИТ.2) 267
7.3.3. Об учете некоторых дополнительных факторов 269
7.4. Расчет трещиностойкости по способу ядровых моментов с учетом потерь напряжений в сечении с трещиной обжатия (алгоритм
ИТ.З) 280
7.5. Расчет трещиностойкости условного сече -ния без трещин обжатия по способу ядровых моментов (алгоритм ИТ.4) 286
7.6. Приближенный способ расчета момента трещиностойкости сечения с трещиной обжатия (алгоритм ИТ.5) 290
7.7. К оценке влияния различных факторов на снижение трещиностойкости 295
7.8. Трещиностойкость натурных конструкций с трещинами обжатия 297
7.9. Выводы по главе 7.. 300
ГЛАВА 8. КРИВИЗНЫ, ШИРИНА РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН И ПРОЧНОСТЬ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВНЕШНЕЙ НАГРУЗКИ Стр.
8.1. Кривизны элементов с трещинами обжатия при действии внешнего момента 304
8.1.1. Общая схема деформирования элемента
8.1.2. Кривизны элемента при М Мт
(алгоритмы ИК.1 и ИК.2) 307
8.1.3. О расчете кривизн элементов без трещин обжатия при М Мт по
нормам 312
8.1.4. Расчет кривизн элемента с трещинами обжатия при М Ит по методике норм с корректировкой параметров деформирования (алго ритм ЙК.З) 317
8.1.5. Расчет кривизн при изгибе элементов с трещинами обжатия для случая М Иі с корректировкой только усилия обжатия (алгоритм ИК.4). 329
8.1.6. Расчет кривизн по характерным точкам деформирования (алгоритм ИК.5) 336
8.2. Ширина раскрытия трещин обжатой зоны... 348
8.3. Закрытие трещин обжатой зоны при снижении внешней нагрузки 355
8.4. Прочность и выносливость преднапряженных элементов с трещинами обжатия 357
8.5. Выводы по главе 8 366
ГЛАВА 9. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ. НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
9.1. Общий вопросы расчета и проектирования преднапряженных элементов с трещинами
обжатия 370
9.2. Примеры железобетонных конструкций с трещинами обжатия 375
9.3. К оценке способов исключения трещин обжатия при проектировании конструкций.
9.4. Усложнения изготовления конструкций при исключении трещин обжатия 391
9.5. Некоторые технологические параметры и их роль в работе преднапряженных элементов.. 4
9.6. Аналогичные задачи из области работы железобетонных конструкции. Класс элементов с двухсторонними трещинами... 404
9.7. Технико-экономические соображения 407
9.8. Выводы по главе 9 . 410
ГЛАВА Ю.ШВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 413
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 4 24
Приложения
П.І. Основные обозначения 461
П. 2. Перечень и особенности алгоритмов 463
П.З. О практическом использовании результатов работы 4
Введение к работе
В Советском Союзе создана самая крупная в мире промышленность сборного железобетона. Получила существенное развитие теория железобетона, успехи которой отражены в нормах проектирования же -лезобетонных конструкций 1962 и 1975 года [42,48,48,211,212,213].
Изготовление предварительно-напряженных железобетонных конст -рукций достигло уровня 30 млн.куб.м в год. При столь гигантских объемах с особой остротой встает задача создания экономичных, надежно работающих конструкций.
Основы экономичности преднапряженных конструкций лежат главным образом в рациональном решении нормальных поперечных сечений, работающих на изгиб. Однако эта работа имеет ряд особенностей, недостаточно изученных. Они связаны в основном с характером начальных состояний, создаваемых при изготовлении преднотряженных конструкций и существенно влияющих на их работу под нагрузкой.
Изгибаемые преднапряженные железобетонные элементы при изготовлении подвергаются внецентренному обжатию различной степени. В зависимости от характеристик сечения, величины и положения усилия обжатия по высоте следует различать случаи, когда при обжатии образуются или не образуются трещины обжатия, а в условиях эксплуатации конструкция работает без трещин или с трещинами в обжатой зоне. В каждой из этих четырех ситуаций работа конструкции имеет принципиальные особенности, требующие особого рассмотрения.
До сих пор это положение не было четко сформулировано и тем более реализовано.
Создание преднапряженных железобетонных конструкций в первое время базировалось на известной концепции Э.Фрейсине [233,51 с.32-33, 891, требующей обеспечения полной трещиностойкости се 8 чения как при изготовлении, так и эксплуатации. Из-за ограниченности натяжения арматуры и наличия потерь преднапряжений, в такие конструкции приходилось укладывать значительно больше стали, чем требовалось по прочности.
Уже в послевоенные годы в нашей стране, а в некоторых случаях и за рубежом, появились предложения о создании преднапряженных железобетонных конструкций нового типа - на основе допущения в них трещин, сначала - в конструкциях с напрягаемой стержневой арматурой. Расход стали существенно снижался [ 178]. На этом принципе в нашей стране было организовано широкое промышленное производство преднапряженных конструкций. Более сложная их работа потребовала обширных исследований, выполненных под общим руководством А.А.Гвоздева. Чтобы упростить задачу, исследования производили на элементах, в которых образование поперечных трещин, возникающих при внецентренном обжатии, теми или иными мерами исключалось. В результате были созданы инженерные методы расчета преднапряженных конструкций второго типа (или "второго поколения"), работа которых фактически характеризовалась трещинами только в обжатой зоне, возникающими при действии внешней нагрузки. Одна О ко при этом преимущества допущения трещин не могли быть раскрыты в полной мере.
Идея диссертации заключается в следующем.
Известно, что по условию прочности изгибаемого железобетонного элемента наиболее целесообразно поперечное сечение, характеризуемое максимальным плечом внутренней пары сил, получающимся при наибольшем возможном приближении напрягаемой арматуры к растянутой в условиях эксплуатации грани сечения. Это нередко вызывает такое внецентренное обжатие, при котором усилие преднапряже-ния действует с большим моментом, в результате чего с противоположной стороны сечения, обычно в верхней зоне, образуются так зазываемые трещины от обжатия, нормальные к продольной оси элемента, или "поперечные трещины от обжатия", "верхние трещины" (далее для краткости - "трещины обжатия"). Они должны коренным образом менять характер работы элемента, который в данном случае можно отнести к третьему типу преднапряженных элементов - работающих с трещинами как в верхней, так и в нижней зоне.
Данная работа посвящена изучению особого, третьего, типа (или "третьего поколения") массовых рациональных преднапряженных железобетонных элементов, в которых при изготовлении допущены поперечные трещины обжатия, а затем, под нагрузкой, возникли трещины в противоположной, обжатой зоне.
Появление этих конструкций проходило стихийно. В одних случаях трещины обжатия допускали, но проводили при этом трудоемкие испытания и корректировали по ним конструкции [ 187,190 ] . В других случаях из осторожности проектировали так, чтобы трещины обжатия не появлялись; при этом затрачивали дополнительные материалы и средства [ 187,164-,78 ] .
В 1957-58 годах, когда автор начинал исследование, нормы проектирования, хотя и допускали трещины обжатия, не содержали никаких указаний об их учете. Технические условия на готовую продукцию не разрешали эти трещины [ 210 ] , что практически не позволяло реализовать разрешение норм. Влияние трещин обжатия изучено не было, нередко это приводило к неприятностям. Надежность правильно запроектированных конструкций с трещинами обжатия приходилось доказывать трудоемкими испытаниями натурных образцов. Автор видел свою задачу в том, чтобы дать возможность сознательно проектировать такие элементы и тем самый повысить экономичность преднапряженных конструкций.
