Дослідження втрат попереднього напруження в сталефібробетонних плитах при одноосному та двохосному обтиску

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 624.0.12.464.3

дослідження втрат поперЕднього напруження в сталефібробетонних ПЛИТАХ при одноосному та двохосному обтиску

Горобець А.М. аспірант, Журавський О.Д. к.д.т., доцент (Київський національний університет будівництва і архітектури, м. Київ)

Приведена методика розрахунку втрат попереднього напруження в сталефібробетонних плитах, викликаних деформаціями повзучості. Запропоновані залежності враховують рівні двохосного обтиску та властивості сталефібробетону.

Сучасне будівництво потребує використання ефективних матеріалів, які мають підвищені міцністні та деформативні характеристики у порівнянні з традиційними. Одним з таких матеріалів є сталефібробетон. Дослідження вітчизняних та іноземних вчених показали, перспективність використання сталефібробетону в будівельній галузі. Більшість робіт [2, 3, 4, 11, 12] присвячено вивченню впливу виду, кількості, орієнтації, міцності і форми стальних фібр, а також структури і міцності бетонної матриці на міцність, деформативність, морозостійкість, водонепроникність, тріщиностійкість та інші характеристики сталефібробетону і конструкції з нього. Але робіт присвячених дослідженню попередньо обтиснутого сталефібробетону не досить багато [1, 5].

Метою роботи є дослідження втрат попереднього напруження при одноосному та двоосному обстиску сталефібробетонних плит.

Дослідження втрат попереднього напруження від усадки і повзучості сталефібробетону при двохосному напруженні стані виконувалися на плитах розміром 40800800 мм з попередньо напруженою арматурою Ш5 Вр-II у двох напрямках. Виготовлено дві серії плит з різним рівнем попереднього напруження. Характеристики сталефібробетону серії І та ІІ показані у роботах [6, 7]. Механічні характеристики сталі: межа міцності у_u =1811 МПа, умовна межа плинності у_0,2=1400 МПа, модуль пружності E_s=2,010⁵ МПа.

В результаті проведених досліджень отримані сумарні пружно-миттєві деформації і деформації повзучості попередньо напружених сталефібробетонних плит в одному та вдвох напрямках, а також усадочні деформації сталефібробетонних плит без попереднього напруження.

Зміна сумарних втрат попереднього напруження від пружно-миттєвих деформацій та деформацій повзучості підраховувалася по формулі:

, (1)

де: у_sfc,el - втрати попереднього напруження від пружно-миттєвих деформацій сталефібробетону;

у_sfc,с - те саме, від повзучості сталефібробетону;

E_s - модуль пружності арматури.

Для опису залежності напружень і деформацій при одноосному і двоосному стиску сталефібробетону за основу прийнято алгоритм, запропонований в [8].

Напруження в арматурі в двохосно обтиснутих плитах перед відпуском визначають з формул:

; , (2)

де: ; - відносні деформації попередньо напруженої арматури розміщеної відповідно вздовж осей X та У перед відпуском; Е_s,x ; Е_s,y - модулі пружності арматури відповідно вздовж осей X та У.

У момент передачі зусилля з упорів на бетон, напруження у бетоні відповідає:

; , (3)

де: та - площа поперечного перерізу одного арматурного стержня розміщеного відповідно вздовж осей X та У;

l_x та l_y - крок арматурних стержнів спрямованих вздовж відповідних осей;

h - товщина плити.

Визначивши напруження і , на базі моделі ортотропного тіла по формулам визначаємо значення відносних деформацій сталефібробетону при двоосному стиску.

Відносні деформації арматури в двохосно обтиснутих сталефібробетонних елементах визначаємо з рівнянь сумісності деформацій:

; . (4)

Зміну тривалих деформацій двохосно напружених сталефібробетонних зразків описуємо за допомогою відношень, отриманих для двохосно стиснутих сталефібробетоних зразків з урахуванням того, що напруження в попередньо напружених елементах з часом зменшуються.

Тому повзучість попередньо напружених елементів з часом зменшується швидше ніж у елементів під постійним навантаженням.

Для побудови графіка деформацій повзучості приймаємо кусочно-лінійну апроксимацію зменшення напружень у часі, вважаючи, що в межах інтервалу часу [t_n-1; t_n] напруження залишаються постійними.

Тоді напруження у арматурі на кожній ділянці можна визначити із співвідношення:

; , (5)

де: та - відносні деформації арматури розміщеної відповідно вздовж осей X та У на ділянці [t_n-1; t_n].

Напруження у сталефібробетоні на ділянці [t_n-1; t_n] становитиме:

; . (6)

Значення відносних деформацій повзучості , , та визначаються при постійних напруженнях і .

Приріст деформацій на ділянці [t_n-1; t_n] буде дорівнювати:

;.(7)

Відносні деформації арматури в кінці цієї ділянки знаходять з рівнянь:

; . (8)

Відносні деформації повзучості на кінці ділянки [t_n-1; t_n] дорівнюють:

;. (9)

Отримані відношення (9) дають точки деформацій повзучості з координатами () та ().

По запропонованій методиці розрахунку були визначені теоретичні дані втрат попереднього напруження та повзучості сталефібробетону при попередньому напруженні в двох напрямках. Порівняння експериментальних та теоретичних втрат для різних рівнів обтиску показало, що теоретичні криві з достатньою ступеню точності відповідають експериментальним кривим.

Розходження складає 10-12% і є результатом приблизного врахування вологісних умов лабораторії. У розрахунках прийнято постійне значення вологості повітря W=60%.

Таким чином можна стверджувати, що розроблена числова модель забезпечує достатню точність визначення втрат попереднього напруження.

Згідно СНиП [9] втрати попереднього напруження від швидкоплинної повзучості бетону визначають:

напруження сталефібробетон деформація плита

при , (10)

при , (11)

де: R_bp - передаточна міцність бетону; у_bp - стискаючі напруження у бетоні у стадії попереднього напруження; б та в - коефіцієнти, які визначають за формулами:

, (12)

(13)

Рис.1. Зміни втрат попереднього напруження у двоосно попередньо напружених сталефібробетонних плитах

Другі втрати попереднього напруження від повзучості бетону згідно [14] :

, при ; (14)

, при , (15)

де: R_bp та у_bp - теж саме, що і в (10) і (11); б =1 - для бетону природного твердіння; б =0.85 - для бетону, який був повергнутого тепловій обробці.

Загальні втрати попереднього напруження від повзучості бетону при одноосному стиску визначають по формулі:

. (16)

В СП 52-104-2006 [10] втрати від повзучості сталефібробетону у₆ визначають за формулою:

, (17)

де: ц_b,cr - коефіцієнт повзучості бетону-матриці, який приймається за п.5.1.14 [10]; у_fbp - напруження в сталефібробетоні на рівні центра ваги поперечного перерізу арматури, яку напружують; е_ор - ексцентриситет зусилля Р відносно центра ваги приведеного поперечного перерізу; А_red і I_red - відповідно площа приведеного перерізу елемента та її момент інерції відносно центра ваги приведеного перерізу; м - коефіцієнт армування; - коефіцієнт приведення арматури до сталефібробетону.

Проведений розрахунок за СНиП показав істотне розходження з отриманими експериментальними даними, різниця склала більше 5 разів, по СП 52-104-2006 розходження склало 1,25…1,5 рази.

Тому пропонуємо визначати втрати від повзучості сталефібробетону при двохосному попередньому напруженні по [10] за наступною формулою

(18)

де: у₆ - втрати від повзучості сталефібробетону обчислені за формулою (8); k_c,c - коефіцієнт, який враховує зменшення втрат попереднього напруження від повзучості при двохосному стиску; k_fb - коефіцієнт, який враховує наявність у бетонній матриці фібрового армування.

На рис. 1 показані графіки зміни у_c,c в залежності від у_y/у_x для різних рівнів обтиску, отримані за допомогою експерименту. Як видно, цю залежність можна чітко апроксимувати сімейством прямих.

У першому наближенні аналітичне значення коефіцієнта k_c,c пропонується визначати [8]:

, (19)

де: у_x , у_y - стискаючі напруження у бетоні, які діють відповідно у напрямку осей Х та У (у_x ? у_y ).

Значення k_fb пропонується приймати в залежності від фібрового армування рівним:

- для першої серії (0,5% STAFIB 30/0.6 та 0.5% STAFIB 50/1.0) - k_fb =1,27.

- для другої серії (1,0% NOVOKON URW 50/1.0) - k_fb = 1,48.

Таким чином використовуючи у якості вихідних даних рівняння втрат попереднього напруження, викладені у [10], та введенні в якості множника коефіцієнтів k_c,c, k_fb з'являється можливість оцінювати втрати попереднього напруження при проектуванні конструкцій з сталефібробетону, які сприймають попередній обтиск у двох напрямках.

1.Бердичевский Г.И., Светов А.А., Курбатов Л.Г. Сталефибробетонные преднапряженные ребристые плиты размером 6х3 м для покрытий// Бетон и железобетон, - 1984. №4. - с.33-34.

2. Лысенко Е.Ф., Гетун Г.В. Проектирование сталефибробетонных конструкций. Учеб. пособие. - К.:УМК ВО, 1989. - 184с.

3. Рабинович Ф.Н. Композитны на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкция: Монография - М.: Издательство АСВ, 2004. -560с.

4. Сакварелидзе А.В. Прочностные и деформационные свойства сталефибробетона // Бетон и железобетон, - 1985. №11. - с.12-13.

5. Миловидов.К.И, Мишуков Н.Е. Рациональные области применения фибробетона в конструкциях // Бетон и железобетон, - 1980. №5. - с.29-30.

6. Горобець А.М., Журавський О.Д. Методика експериментальних досліджень повзучості сталефібробетону при одноосному і двоосному стиску. // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій: збірник наук. праць. Вип.6. За ред.. Й.Й.Лучка. Львів. 2005. - с.305-310.

7. Горобець А.М., Журавський О.Д. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния сталефибробетона при одноосном и двухосном сжатии. // Вісник Донбаської національної академії будівництваі архітектури: збірник наук. праць. Вип.2005-8(56): Баштові споруди: матеріали, конструкції, технології. Макіївка, 2005. - с.137-141.

8. Журавський О.Д. Напряженно-деформированное состояние железобетонных плит при двухосном предварительном обжатии.: Дис. … канд. техн. наук. Киев. 1988. - 158с.

9. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.// Госстрой СССР.-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.-79с.

10. СП 52-104-2006 Сталефибробетонные конструкции. // М.,2006. - 79с.

Размещено на Allbest.ru