Ефективності варіантів підсилення у стиснутій зоні залізобетонних елементів, що працюють на згин

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ефективність ВАРІАНТІВ підсилення у стиснутій зоні залізобетонних елементів, що працюють на згин

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

ЄРЬОМЕНКО ОЛЕКСАНДР ЮРІЙОВИЧ

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті (КТУ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Валовой Олександр Іванович, Криворізький технічний університет, завідувач кафедри технології, організації та механізації будівництва.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор БАРАШИКОВ Арнольд Якович, Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри залізобетонних та кам'яних конструкцій;

кандидат технічних наук, доцент КОВАЛЬ Петро Миколайович, Державний дорожній науково-дослідний інститут ім. М.П. Шульгіна Державної служби автомобільних доріг України, директор.

Провідна установа: Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка, кафедра конструкцій із металу, дерева та пластмас, Міністерство освіти і науки України, м. Полтава.

Захист відбудеться 19 травня 2006 р. о 13-годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.04 в Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.

Автореферат розісланий 11 квітня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., с.н.с. В.Г.Кобієв

АНОТАЦІЇ

Єрьоменко Олександр Юрійович. Ефективності варіантів підсилення у стиснутій зоні залізобетонних елементів, що працюють на згин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - “Будівельні конструкції, будівлі та споруди”. Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України. - Київ, 2006.

Для обґрунтування актуальності теми дисертаційної роботи проведені обстеження залізобетонних конструкцій промислових та цивільних будівель, які були у тривалій експлуатації. За визначеними характерними дефектами і пошкодженнями залізобетонних згинальних елементів обраний спосіб і матеріали їх підсилення у стиснутій зоні.

Експериментальні дослідження залізобетонних зразків балок, підсилених шаром армованого дрібнозернистого бетону, армованого сталефібробетону і армованого полімербетону. Виявлено ефективність різних способів підсилення, позитивні та негативні сторони у процесі короткочасних випробувань. Для кожного способу підсилення зроблено кількісну оцінку основних показників конструкції: міцності, тріщиностійкості і деформативності.

Запропоновані способи розрахунку підсилених конструкцій, які враховують фізико-механічні властивості сучасних ефективних матеріалів, нові розробки у рамках Державних будівельних норм України (ДБНУ) та останні досягнення теорії залізобетону.

Ключові слова: бетон, сталефібробетон, полімербетон, залізобетонні балки, підсилення, міцність, тріщиностійкість, деформації, спосіб руйнування і тріщиноутворення, розрахунок.

Еременко Александр Юрьевич. Эффективность вариантов усиления в сжатой зоне железобетонных изгибаемых элементов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - “Строительные конструкции, здания и сооружения”. Киевский национальный университет строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины. - Киев, 2006.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной на сегодняшний день задачи - изучению эксплуатационных качеств изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных эффективными строительными материалами в сжатой зоне.

С целью анализа дефектов и повреждений железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий были проведены широкие обследования элементов перекрытий и покрытий промышленных и гражданских зданий. По результатам проведенных обследований выбран предмет и способ экспериментально-теоретических исследований усиливаемых конструкций. Принято решение исследовать железобетонные изгибаемые элементы - балки как наиболее массовый вид конструкций, которые подвергаются изнашиванию в процессе эксплуатации. В связи с трудоемкостью и технологической сложностью проведения работ по усилению растянутой зоны элемента в исследованиях приняты различные способы усиления сжатой зоны элемента. В качестве усиливающих запроектированы следующие слои: армированного мелкозернистого бетона, армированного сталефибробетона, армированного полимербетона. Для сопоставления результатов параллельно испытаны неусиленные железобетонные балки. Проведена экономическая оценка предложенных способов усиления в зависимости от материала и технологии усиления.

Методика экспериментальных исследований включала изготовление новых материалов усиления (сталефибробетона и полимербетона), технологию приготовления бетонных смесей, бетонирования неусиленных и двухслойных усиленных образцов в производственных условиях. Неусиленные балки проектировались переармованными. При этом процент армирования составлял µ=2,55 %. После усиления поперечное сечение изменялось с прямоугольного на тавровое. При этом балки переходили из класса переармированных в класс нормально армированных с процентом армирования µ=1,87 %.

Проведенные испытания показали, что прочность усиленных балок увеличилась в 2,3…2,8 раза. Наибольшее увеличение несущей способности отмечено у балок, усиленных армированным слоем полимербетона, наименьше - при усилении армированным слоем мелкозернистого бетона. На эксплуатационной стадии работы сжатый слой усиливаемых балок и слой усиления деформировались совместно. Только на последних этапах возникло расслоение.

Усилие трещинообразования для всех усиленных балок увеличилось: в балках усиленных мелкозернистым бетоном на 80 %, а в балках усиленных сталефибробетоном и полимербетоном на 140 %.

Отмечено уменьшение ширины раскрытия наклонных трещин в балках усиленных сталефибробетоном и полимербетоном. В сравнении с балками усиленными мелкозернистым бетоном ширина раскрытия трещин упомянутых выше балок уменьшилась, в среднем, на 35 %.

По результатам испытаний установлено, что прогибы усиленных балок увеличились, в среднем, на 20…35 % в сравнении с неусиленными. Несмотря на это, можно утверждать, что жесткость усиленных балок увеличилась в сравнении с неусиленными, потому, что незначительное увеличение прогиба происходило на фоне значительного увеличения разрушающей нагрузки (около 250 %).

Ключевые слова: бетон, сталефибробетон, полимербетон, железобетонные балки, усиления, прочность, трещиностойкость, деформации, способ нагрузки, трещинообразование, расчет.

Alexander U. Jeromenko. Efficiency of different strengthening in a stressed zone ways of reinforced structures in bending. - Manuscript.

The thesis for taking the degree of Candidate of Technical Sciences on speciality 05.23.01 - “Building structures, buildings and constructions”. Kyiv national university of sivie engineering and architecture of the Ministries of Education and science of Ukraine. Kyiv, 2006.

To ground thesis subject reinforced structures of both industrial and civil buildings which had been maintained for a long time, have been investigated. Having determined characteristic destructions and failures of bended reinforced members the way of strengthening and materials for strengthening in a stressed zone has been chosen.

Reinforced beam samples, strengthening with a layer of fine reinforced concrete, reinforced steel fibre concrete and reinforced polymer concrete have experimentally been examined. Different ways of strengthening efficiency, ins advantages and disadvantages have been found during short term testing. Qualitative estimation of main structure parameters for each way of strengthening has been carried out: strength, crack resistance and deformability.

Reinforced structure calculation ways have been proposed taking into account physical and mechanical properties of modern efficient materials, new developments according to state. Building Codes of Ukraine and the latest achievements in reinforced concrete theory.

Key words: concrete, steel fibre concrete, polymer concrete, reinforced concrete beams, strengthening, strength, crack resistance, strain, destruction and cracking way, calculation.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відомо, що існуючи будівлі та споруди часто, в тій чи іншій мірі, піддаються впливу різних агресивних середовищ. З часом ці процеси можуть привести до небезпеки при експлуатації споруд. Пошкоджені конструкції треба ремонтувати, відновлювати або збільшувати їх несучу здатність, тобто підсилювати.

В процесі відновлення або підсилення несучих конструкцій, у тому числі і залізобетонних, застосовують різні способи підсилення, частіше за все розтягнутої або стиснутої зон. Спосіб підсилення стиснутої зони має перевагу у тому, що в разі його застосування відпадає необхідність у зведені складної системи риштувань, зменшується трудомісткість робіт, а також є можливість значно підвищити несучу здатність підсилюванного елемента у порівнянні зі способом, коли підсилюється розтягнута зона. Крім того, при нарощуванні стиснутої зони зручно використовувати сучасні матеріали.

За останні роки з'явилися високоміцні матеріали, застосування яких при підсиленні будівельних конструкцій суттєво підвищує ефективність відновлених елементів. До таких матеріалів відносять сталефібробетон та полімербетон. Вони характеризуються низкою унікальних властивостей: високою міцністю на розтяг (особливо полімербетон), тріщиностійкістю, водонепроникністю, корозійною стійкістю тощо.

Використання сучасних матеріалів при підсиленні залізобетонних конструкцій вимагає оцінювання переваг і недоліків способів підсилення, а також адекватних методів розрахунку, які відображають їх реальний напружено-деформований стан на будь-якій стадії експлуатації. На сьогоднішній день, незважаючи на досить великий досвід підсилення, пропозицій щодо урахування специфічних властивостей ефективних матеріалів підсилення суттєво не вистачає. Тому першочерговою задачею цієї дисертації можна вважати аналіз роботи та розробку інженерних методів розрахунку підсилених залізобетонних конструкцій з урахуванням властивостей матеріалів у процесі їх роботи, починаючи з найнижчих напружень і до руйнування.

Зважаючи на викладене, є всі підстави віднести пропоновану роботу до актуальних, яка має теоретичне і практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами.. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідної роботи і виконана в мажах науково дослідної теми № 1705/05-02/23-365-01 “Общее обследование строительных конструкций. Составление технических паспортов на объкты ГОКа” (№ держ. реєстрації 01040007058).

Автор брав безпосередню участь у виконанні цих науково-дослідних робіт як співвиконавець.

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи є визначення найбільш ефективного способу підсилення балок у стиснутій зоні на основі аналізу експериментальних даних про їх напружено-деформований стан на різних етапах навантаження.

Відповідно до мети були зроблені:

- дослідження особливості напружено-деформованого стану залізобетонних згинальних елементів, підсилених у стиснутій зоні шаром дрібнозернистого бетону, сталефібробетону та полімербетону;

- експериментально-теоретичне визначення впливу основних фізико-механічних характеристик матеріалів підсилення на міцність, тріщиностійкість та деформації підсилених балок;

- уточнення методики розрахунку міцності, тріщиностійкості і деформативності згинальних залізобетонних конструкцій, підсилених матеріалами, які різняться між собою за своїми фізико-механічними властивостями;

- аналіз впливу міцності контактних швів на міцність підсилених залізобетонних балок в цілому;

- пропозиції щодо уточнення методів розрахунку згинальних елементів з урахуванням напруженого стану контактних швів;

- оцінка економічної ефективності кожного з розглядуваних видів підсилення.

Об'єкт дослідження - залізобетонні балки, підсилені у стиснутій зоні різними матеріалами.

Предмет дослідження - міцність, тріщиностійкість і прогини залізобетонних балок, підсилених у стиснутій зоні, при дії зосередженого навантаження в третинах прольоту.

Методи дослідження - експериментально-теоретичні дослідження зразків балок.

Наукова новизна одержаних результатів:

- досліджено, проаналізовано та порівняно напружено-деформований стан залізобетонних згинальних елементів, підсилених у стиснутій зоні шаром армованого полімербетону, сталефібробетону та дрібнозернистого бетону;

- розглянуто і проаналізовано характер руйнування залізобетонних балок з урахуванням особливостей матеріалів підсилення;

- встановлено закономірність характеру тріщиноутворення і розкриття тріщин в досліджуваних балках від початку навантаження і до руйнування;

- проаналізовано зростання прогинів в балках, підсилених різними матеріалами (сталефібробетоном, полімербетоном, дрібнозернистим бетоном);

- виявлені закономірності впливу властивостей різних матеріалів на міцність контактних швів у стиснутій зоні балок;

- запропоновані рекомендації з урахування особливостей роботи матеріалу при проектуванні підсилення залізобетонних балок з використанням розглядуваних матеріалів.

Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості їх використання при проектуванні залізобетонних конструкцій, які вимагають підсилення у стиснутій зоні із застосуванням ефективних матеріалів таких, як сталефібробетон, полімербетон або їхніх похідних.

Результати роботи використовують у навчальному процесі КТУ з дисципліни “Залізобетонні та кам'яні конструкції” для студентів спеціальності “Промислове та цивільне будівництво”.

Особистий внесок здобувача:

- проведені експериментальні дослідження, проаналізований і співставлений напружено-деформований стан залізобетонних балок, підсилених у стиснутій зоні;

- встановлені особливості роботи балок при різних способах підсилення;

- опрацьовані експериментальні дані та на їх основі внесені пропозиції щодо корегування методів розрахунку залізобетонних підсилених елементів.

Апробація результатів дисертації. Окремі положення дисертації доповідались на науково-технічних конференціях КТУ в м. Кривий Ріг (2003, 2004 р.р.), на міжнародних науково-практичних конференціях КТУ у м. Кривий Ріг (2004, 2005 р.р.), на I Міжнародній науково-практичній конференції (м. Дніпропетровськ, 2004 р.), та на III Міжнародній науково-практичній Інтернет-конференції у м. Полтава (2005р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 7 статтях, в тому числі 5 наукових фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, основних висновків, списку використаних джерел та додатку. Обсяг дисертації становить 133 сторінок, у тому числі 106 сторінок основного тексту, 30 рисунків, 18 таблиць, список використаних джерел з 118 найменувань на 12 сторінках, один додаток на 3 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито суть і стан наукової проблеми, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, викладена мета, основні завдання дослідження, наукова новизна та практична цінність.

У першому розділі викладено стан питання і сформульовані задачі досліджень ефективності підсилення залізобетонних згинальних елементів високоміцними матеріалами, проаналізовані результати досліджень залізобетонних елементів, підсилених різними способами. Після детального аналізу результатів прийнято рішення використати традиційний спосіб підсилювання елементів нарощуванням стиснутої зони шаром дрібнозернистого бетону, армованого стержневою арматурою. Для співставлення при підсиленні, окрім дрібнозернистого бетону, вирішили використати сучасні матеріали, які у останні роки широко застосовують при підсиленні залізобетонних конструкцій - сталефібробетон і полімербетон.

Далі в першому розділі наведені фізико-механічні властивості сталефібробетону і полімербетону як підсилюючих матеріалів. Для цього були проаналізовані роботи дослідників, які вивчали властивості матеріалів конструкцій, підсилених сталефібробетоном: Б.А.Ашимова, В.В.Білозіра, Г.В.Гетун, О.П.Кричевського, С.О.Кричевського, Є.Ф.Лисенко, Р.І.Рабиновича, О.П.Сунака, Г.К.Хайдукова, А.Hillerborg, P.S.Shan та інших. Підсиленню конструкцій полімербетоном присвячені роботи С.С.Давидова, Л.В.Захарова, А.Касассбеха, М.Н.Колоколова, М.А.Міщанського, Л.А.Мурашка, В.І.Соломіна, H.W.Chung, L.M.Lui, M.A.Mansur та інших.

Закінчується розділ аналізом існуючих методів розрахунку залізобетонних балок, підсилених новими ефективними матеріалами, і сформульована задача досліджень.

У другому розділі наведена методика експериментальних досліджень залізобетонних згинальних елементів, підсилених нарощуванням стиснутої зони шаром сталефібробетону, полімербетону, дрібнозернистого бетону. Експериментальні балки виготовляли в заводських умовах.

Непідсилені балки проектували таким чином, щоби у нормальному перерізі виконувалась нерівність о > о_{R ,} тобто імітувався випадок, коли зниження міцностних та деформативних характеристик реально експлуатованих балок може виникнути за рахунок зниження міцності стиснутої зони при переармуванні розтягнутої зони. При цьому відсоток армування склав µ=2,55%. Для виготовлення балок використовували важкий бетон. Після підсилення поперечний переріз балок змінювався з прямокутного на тавровий. Розміри поперечного перерізу полиці приймали з такого розрахунку, щоб був гарантований перехід балок з класу переармованих в клас нормально армованих. При цьому відсоток армування балок знизився і склав µ= 1,87%.

Короткочасні випробування балок проводили на універсальному гідравлічному пресі ПММ-250 за схемою однопролітної вільнолежачої балки, навантаженої двома зосередженими силами у третинах прольоту. Величину навантаження, що прикладається до балки, контролювали взірцевим манометром гідравлічної станції.

При випробуванні балок були використані такі прилади: прогиномір Максимова, індикатор годинникового типу з ціною поділки 0,01 мм, мікроскоп МПБ-2 з 24 - кратним збільшенням і ціною поділки 0,05 мм. Для визначення міцнісних характеристик основного бетону експериментальних балок, а також дрібнозернистого бетону, сталефібробетону і полімербетону підсилення були виготовлені дослідні зразки кубів розмірами 100100100 мм і дослідні зразки призм розмірами 100100400 мм. Кількість дослідних зразків кубів і призм склала по 12 шт. для кожного виду бетону. Випробування зразків основного бетону та бетонів підсилення виконували у відповідності до вимог чинних норм у віці 7, 14, 28 діб з моменту їх виготовлення і у віці безпосередньо перед випробуваннями основних зразків балок, тобто у віці 83 та 97 діб.

Для отримання міцнісних та деформативних властивостей арматури експериментальних зразків за допомогою універсального гідравлічного преса ПММ-250 було випробувано по 6 зразків арматури класу А-III і А-I, а також сталевих фібр з дроту рубаних відпрацьованих канатів ЛК-0 6Ч19=114 1мм.

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням міцноті, тріщиностійкості, жорсткості та деформативності експериментальних балок. Слід зазначити, що конструктивні особливості дослідних зразків обумовили різний характер їх руйнування. Так, непідсилені балки, серії БКСП, зруйнувалися за нормальними перерізами внаслідок досягнення бетоном стиснутої зони граничних деформацій.

Підсилені балки, серій БУМ, БУФ, БУП, зруйнувалися за похилими перерізами. Такому характеру руйнування сприяла втрата контакту між підсилюваною балкою та шаром підсилення. Внаслідок розшарування і відокремлення підсилюючого шару, підсилена балка виявилася такої ж висоти, що і до підсилення. При цьому шар підсилення з точки зору поперечної сили виключився з роботи. Руйнування характеризується різким розкриттям однієї з похилих тріщин, та наступним руйнуванням бетону над цією тріщиною і розривом поперечних стержнів.

Найбільше прирощення несучої здатності показали балки, підсилені армованим полімербетоном, дещо меншу - шаром сталефібробетону. Найменша несуча здатність виявилася у балок, підсилених дрібнозернистим бетоном. Такий розподіл за несучою здатністю можна пояснити більш високою клеючою здатністю, а також більшою жорсткістю зони контакту балок підсилених сталефібробетоном та полімербетоном. Слід зазначити, що в підсилених балках як і в непідсилених, поздовжня арматура не досягла межі текучості, тобто була використана не повністю, внаслідок розшарування на опорі та руйнування за похилими перерізами.

Усі способи підсилення значно збільшили зусилля тріщиноутворення у порівнянні з непідсиленими зразками. Так, для балок, підсилених шаром армованого полімербетону та сталефібробетону, воно збільшилося приблизно на 140%. Дещо меншим цей показник був в балках підсилених шаром армованого дрібнозернистого бетону (біля 80 %). Підвищення тріщиностійкості балок, пояснюється тим, що збільшення висоти перерізу призводить до більш рівномірного розподілу зусиль за висотою перерізу, тим самим віддаляючи момент утворення тріщин, а також специфічними властивостями матеріалів підсилення, такими як більша розтягуваність та знижений модуль пружності.

Слід зазначити, що при визначенні тріщиностійкості підсилених і непідсилених балок, розглядали момент виникнення нормальних тріщин, тому що вони виникли раніш за похилі. При визначенні ширини розкриття тріщин непідсилених балок фіксували ширину розкриття нормальних тріщин на рівні розтягнутої арматури, а в підсилених балках - ширину розкриття похилих тріщин на рівні конструктивної арматури підсилюваних балок.

Встановлено, що при рівні навантажень 0,7...0,8 від руйнівного, ширина розкриття тріщин підсилених балок значно зростає у порівнянні з непідсиленими балками.

Так, для балок серій БУФ, БУП ширина розкриття тріщин, у середньому, підвищується у 2,3 рази, а для балок серії БУМ - у 3,6 рази. Меншу ширину розкриття тріщин балок серій БУФ та БУП у порівнянні з балками серії БУМ можна пояснити більшим опором зсуву зони контакту балок підсилених армованим полімербетоном та сталефібробетоном. Завдяки цьому шар підсилення приймає участь у стримувані розвитку тріщин.

Загалом підвищення ширини розкриття похилих тріщин в підсилених балках у порівнянні з непідсиленими є закономірним на фоні значного збільшення несучої здатності.

Аналіз деформацій і прогинів показує, що з точки зору деформативності конструкцій неможливо виділити найбільш ефективний спосіб підсилення. Усі балки при будь-якому із запропонованих способів підсилення у експлуатаційному режимі навантаження, тобто при М/М_u = 0,7...0,8, працюють майже однаково (рис. 3).

У четвертому розділі запропонований розвиток методів розрахунку залізобетонних згинальних елементів, підсилених нарощуванням стиснутої зони матеріалами, які різняться між собою за своїми фізико-механічними властивостями. У цьому ж розділі наведено порівняння теоретичних і експериментальних результатів.

Для повного аналізу несучої здатності, розрахунки міцності дослідних зразків з урахуванням міцністних та геометричних параметрів, були виконані як для нормальних так і для похилих перерізів.

Визначення міцності нормальних перерізів непідсилених балок, зважаючи на те, що вони проектувалися з підвищеним відсотком армування розтягнутої зони, тобто о > о_R згідно з методикою чинних норм, зводиться до обчислення співвідношення

М_u = б_R R_b b h²₀ + R_sc A _sc ( h₀ - б₁ ) . (1)

Перевірку міцності нормальних перерізів балок серії БКСП, проведено також у відповідності до проекту національних норм з проектування залізобетонних конструкцій. Основною принциповою відмінною рисою норм є повний перехід на деформаційні методи розрахунку. При цьому граничний згинальний момент М_ult , що сприймає переріз, визначають відносно нейтральної осі перерізу за формулою:

М_ult = ( 3?_b1² - ?_b,el² ) + _SA_s ( h₀ - ) + _S ^/A_s ^/ (- б₁ ^/ ). (2)

де ?_b , R_b , _s , _sс ^/ , b , h₀ , ж - фактичні значення дослідних міцнісних та геометричних характеристик балок і використаних матеріалів.

Перевірку несучої здатності перерізу підсилених конструкцій виконують в залежності від того, де знаходиться межа стиснутої зони:

- якщо межа перетинає бетон підсилення (x ? h_f ) розрахунок виконують за формулою:

М ? R_b2 b_ѓx (h₀ - 0,5x) + R_s1A^/_s1 (h₀ - h_ѓ- б₁) - R_s2A^/_s2 (h₀ - б₂) , (3)

- якщо межа стиснутої зони приходить в бетоні підсилюваної конструкції (x > h_f ), міцність перерізу перевіряють за формулою:

М_u ?R_b2 b_ѓ h_ѓ (h₀ - 0,5 h_ѓ ) + R_bb(x - h_ѓ ) [h₀₁ - 0,5(x - h_ѓ )] + R_s2A_s2 (h₀ - б₂ ^/)+

+R_s1A_s1 (h₀₁ - h_ѓ - б₁^/) . (4)

де R_b, R_b2, R_s, R_s1, R_s2, b, h₀, x, h_ѓ , б₁^/, б₂ ^/, A_s1, A_s2 - фактичні значення дослідних міцнісних та геометричних характеристик балок.

Руйнуючу поперечну силу визначають за формулою чинних норм

Q_u = Q_b + Q_sw , (5)

усі параметри прийняті для непідсилених балок, оскільки підвищення руйнівної поперечної сили, яке можна було б очікувати за рахунок збільшення висоти перерізу підсилених зразків балок не сталося у зв'язку з розшаруванням шару підсилення і бетоном підсилюваних балок на опорі.

Підсилення експлуатованих залізобетонних конструкцій збільшенням висоти поперечного перерізу передбачає забезпечення сумісної роботи підсилюваної конструкції із шаром підсилення за всією довжиною.

Міцність контактних швів у даній роботі перевіряють, виходячи з умови:

Q_sh Q_sh,b , (6)

де Q_sh - зсувне зусилля у контактному шві від зовнішнього навантаження.

Q_sh = ( Q_u - q_sw ) , (7)

Граничне зсувне зусилля, яке сприймає контактний шов, визначають за формулою:

Q_sh,b = R_sh b_sh l_sh , (8)

де b_sh, l_sh - розрахункова ширина та довжина поверхні зсуву; R_sh - середній за довжиною ділянки зсуву розрахунковий опір зсуву контактного шва.

Визначення параметрів підсилення за тріщиностійкістю та деформаціями (друга група граничних станів) показало, що за рахунок підсилення ці показники значно зросли у порівнянні з непідсиленими балками.

Перевірку утворення нормальних тріщин, виконують, виходячи з умови:

ММ_crc , (9)

де М - момент від дії повного навантаження; М_crc - момент, який сприймає нормальний переріз при утворенні нормальних тріщин.

Для балок, підсилених шаром сталефібробетону, при визначенні моменту тріщиноутворення, враховують вплив фібрового армування. При цьому замість розподіленої арматури (сталевих фібр) прийнята умовна еквівалентна площа арматури, тобто

А_sѓb^екв = _sѓbА_sѓb = _sѓb b h_ѓ , (10)

де _sѓb - коефіцієнт об'ємного армування сталефібробетону; h_ѓ - висота шару підсилення; b - ширина шару підсилення.

Ширину розкриття нормальних до поздовжньої осі конструкції тріщин, в балках серії БКСП, згідно з вимогами чинних норм, виконували виходячи з умови:

б_crc= _l 20(3,5 - 100) . (11)

Перевірку розкриття похилих тріщин, які отримали розвиток в підсилених балках, виконували у відповідності до СНиП з урахуванням приведення (за модулем пружності) бетону підсилення до бетону підсилюваної конструкції. Як вже було зазначено, похилі тріщини виникали у місці примикання шару підсилення до підсилюваної конструкції. У зв'язку з цим для розрахунку ширини розкриття похилих тріщин підсилених балок у формулі СНиП ввели замість поперечної арматури, відповідні характеристики конструктивної арматури підсилюваної балки. Після перетворення формула набуває вигляду:

б_crc = _l , (12)

де h_{0 red} - приведена робоча висота підсиленого елемента, _s - напруження у конструктивній арматурі підсилюваної балки.

h_{0 red} = h₀₁ + h_ѓ ^/ , (13)

де A_{ѓ red} - приведена площа перерізу шару підсилення; A_ѓ - площа перерізу шару підсилення; h_ѓ ^/ - висота шару підсилення; h₀₁ - робоча висота непідсиленої балки.

Підводячи підсумки проведеним експериментально-теоретичним дослідженням, слід зазначити, що усі дослідні зразки балок з точки зору тріщиностійкості показали задовільні експлуатаційні якості.

Повний прогин дослідних зразків балок, як підсилених так і непідсилених, визначали за формулою:

ѓ = ѓ_m + ѓ_q , (14)

де ѓ_m - прогин викликаний дією деформацій згину; ѓ_q - прогин викликаний деформацією зсуву.

Прогин обумовлений деформацією зсуву, згідно СНиП, визначали за формулою:

ѓ_q = . (15)

Прогин дослідної балки у середині прольоту від дії зовнішнього навантаження обчислюють за формулою:

ѓ_m = с_m l₀² , (16)

де усі вхідні параметри визначені у роботі.

У даній роботі були запропоновані уточнення розрахунку похилих перерізів підсилених балок. Їх суть полягає у тому, що при ураховані реального стану та особливостей роботи підсилених балок під навантаженням, можна зробити припущення про те, що після розшарування і утворення тріщин в стиснутому бетоні підсилюваного елемента, бетон стиснутої зони над похилою тріщиною виключається з роботи. Виходячи з сказаного, а саме прийнявши Q_b = 0, розраховано міцність підсилених балок на дію поперечної сили. Був зроблений перерахунок міцності зони контакту “старого” і “нового” бетонів та ширини розкриття похилих тріщин.

Наведена табл. 1 результатів порівняння експериментальних даних міцності, тріщиностійкості та деформацій дає змогу переконатися у їх задовільній відповідності з теоретичними значеннями (у табл. 1 наведені теоретичні значення обчислені без урахування згаданих вище уточнень).

Суттєве перебільшення теоретичної міцності підсилених балок за похилими перерізами, у середньому на 20 %, виявилося майже таким, як і невикористаний запас міцності підсилених балок за нормальними перерізами. Відхилення не перевищували 11 %, а для балок серії БУП - 2 %. Це дає підставу зробити припущення, що у випадку забезпечення сумісної роботи шару підсилення з підсилюваною конструкцією руйнування відбулося б одночасно за нормальними та похилими перерізами.

залізобетонний згинальний конструкція будівля

Таблиця 1. Порівняння дослідних і розрахункових результатів міцності балок

№ п/п	Найменування величини	Одиниця виміру	Умовні позначення	Розрахункові та експериментальні величини балок серії
				БКСП	БУМ	БУФ	БУП
1.	Середня експериментальна руйнуюча сила	кН	Fuексп (Quексп)	22	50*	56*	62*
2.	Середній експериментальний згинальний момент при руйнуванні	кНм	Muексп	13,2	30*	33,6*	37,2*
3.	Теоретична міцність нормальних перерізів балок за згинальним моментом згідно СНиП.	кНм	Muтеор	12,9	44,1*	46,3*	47,6*
4.	Теоретична міцність нормальних перерізів балок за згинальним моментом розрахованих за проектом ДБН	кНм	Mu1теор	13,05	-	-	-
5.	Теоретична міцність похилих перерізів за поперечною силою (без врахування шару підсилення)	кН	Quтеор	46,6	46,6	46,6	46,6
6.	Теоретична міцність похилих перерізів за поперечною силою (з урахуванням шару підсилення)	кН	Qu1теор	-	63,3	69,1	80,2
7.	Експериментальні моменти утворення тріщин	кНм	Мcrcексп	6	10,8	14,4	14,4
8.	Розрахункові моменти утворення тріщин	кНм	Мcrcтеор	1,71	2,83	3,04	2,95
9.	Експериментальні величини ширини розкриття тріщин	мм	бcrcексп	0,094	0,335*	0,214*	0,222*
10.	Теоретичні величини ширини розкриття тріщин	мм	бcrcтеор	0,103	0,336*	0,195*	0,231*
11.	Експериментальні прогини	мм	ѓексп	4,5	5,4	6,1	5,6
12.	Теоретичні прогини	мм	ѓтеор	4,34	5,11	6,21	5,66

Примітка. Позначення “*” у рядках 1, 2, 3 відповідає балкам зруйнованих за похилим поперечним перерізом, а в рядках 9,11 балкам, у яких визначали ширину розкриття похилих до поздовжньої осі конструкції тріщин.

ВИСНОВКИ

1. Результати визначення міцнісних та деформативних властивостей основного бетону, дослідних зразків та бетонів підсилення (дрібнозернистого бетону, сталефібробетону та полімербетону) показали, що встановлені нормами та рекомендаціями характеристики, у своїй більшості, співпадають з отриманими у проведених дослідженнях.

2. Напружено-деформований стан усіх залізобетонних балок, підсилених різними матеріалами, з початку навантаження і до руйнування змінюється практично однаково. Лише на останніх етапах характер руйнування непідсилених зразків мав відмінності. Непідсилені балки зруйнувалися за нормальними перерізами. Згинальні елементи, підсилені у стиснутій зоні, зруйнувалися за похилими перерізами. Це пояснюється розшаруванням шарів підсилення на опорах, значним збільшенням міцності нормальних перерізів і практичною відсутністю збільшення міцності похилих перерізів.

3. За результатами випробувань дослідних залізобетонних балок, несуча здатність їх збільшилася у 2,3...2,8 рази. Найбільше зростання несучої здатності у балках, підсилених армованим шаром полімербетону, найменше - при підсиленні шаром армованого дрібнозернистого бетону.

4. На експлуатаційній стадії роботи основні конструкції балок та шари підсилення працюють спільно. Лише на останніх стадіях напружено-деформованого стану виникає розшарування. Дослідні зразки підсилених балок показали підвищені експлуатаційні якості у порівнянні з непідсиленими. Зусилля тріщиностійкості для усіх балок збільшилося: в балках серії БУМ на 80 %, а для балок серій БУМ та БУП на 140 %.

5. Відмічено зменшення ширини розкриття похилих тріщин в балках серій БУФ та БУП. У порівнянні з балками серії БУМ ширина розкриття тріщин згаданих вище балок зменшилася, в середньому, на 35 %.

6. За результатами випробувань виявлено, що прогини підсилених балок збільшилися у середньому на 20...35 % у порівнянні з непідсиленими. Незважаючи на це, можна стверджувати, що жорсткість підсилених балок збільшилась у порівнянні з непідсиленими, тому що незначне збільшення прогину відбувалося на тлі значного збільшення руйнівного навантаження (близько 250 %).

7. Використання сучасних матеріалів (сталефібробетону, полімербетону) при підсиленні залізобетонних конструкцій вимагає адекватних методів розрахунку, які б могли відбивати реальний напружено-деформований стан підсилених конструкцій на будь-якій стадії їх експлуатації. Запропоновані у дисертації удосконалення методів розрахунку показали задовільні результати.

8. Порівняння дослідних і теоретичних результатів свідчить про те, що розрахункові значення порівнювальних величин задовільно співпадають з експериментальними.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ

1. Валовой А.И., Ерёменко А.Ю. Методика изготовления железобетонных балок, усиленных эффективными материалами // Вісник Криворізького технічного університету. Збірник наукових праць. - Кривий Ріг, 2003. - Вип..2. - С.82 - 84.

2. Валовой О.І., Єрьоменко О.Ю. Міцність, деформативність і тріщиностійкість дослідних зразків залізобетонних балок, підсилених у стиснутій зоні ефективними матеріалами // Вісник Криворізького технічного університету. Збірник наукових праць.- Кривий Ріг, 2004. - Вип..4.- С.21-24.

3. Валовой О.І., Єрьоменко О.Ю. Міцнісні та деформативні характеристики залізобетонних балок, підсилених ефективними матеріалами // Вісник Криворізького технічного університету. Збірник наукових праць. - Кривий Ріг, 2005. - Вип..7. - С.178 - 182.

4. О.Ю. Єрьоменко. Інженерні методи оцінювання міцності підсилених балок при розшаруванні // Вісник Криворізького технічного університету. Збірник наукових праць. - Кривий Ріг, 2005. - Вип. 10. - С. 101 - 104.

5. О.Ю. Єрьоменко. Аналіз теоретичних та експериментальних показників міцності балок підсилених ефективними матеріалами // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. Збірник наукових праць. - Макіївка, 2005. - Вип..2005 - 8(56). - С. 84 - 86.

6. Ерёменко А.Ю., Результаты испытания железобетонных балок, усиленных эффективными материалами // Матеріали Першої Міжнародної науково-практичної конференції “Науковий потенціал світу 2004”. Том 57. Будівництво та архітектура.- Дніпропетровськ: Наука і освіта,2004.- С.20-23.

7. Валовой О.І., Єрьоменко О.Ю. Вплив матеріалів підсилення на міцні сні показники дослідних балок // III Международная научно-практическая Интернет-конференция “Состояние современной строительной науки 2005”. Сб. научн. трудов. - Полтава: Полтавский ЦНТЭИ. - 2005. - С. 60 - 62.

У роботах [1...3], [7] дисертантом виконано узагальнення та аналіз експериментальних досліджень, збір і обробка статистичних даних, побудова графіків.

Размещено на Allbest.ru

...