Исследование граничного армирования и прочности переармированных железобетонных элементов с одиночной арматурой. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Мельников, Г. И.

• Мельников, Г. И.
• 1964

Оглавление диссертации Мельников, Г. И.

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОБЗОР ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГРАНИЧНОГО

- АРМИРОВАНИЯ И ПРОЧНОСТИ ПЕРЕАРШРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ОДИНОЧНОЙ АРМАТУРОЙ

§ I. Краткий обзор развития методов расчета железобетонных конструкций в СССР

§ 2. Существующие предложения по определению граничного армирования и прочности переармированных железобетонных элементов с одиночной арматурой

В ы в о д ы.

Глава П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ИЗ- ШБАЕМЫХ И КОРОТКИХ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭРМЕНТОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ С ОДИНОЧНОЙ АРМАТУРОЙ.

§ I.Описание опытных партий и конструкция образцов

§ 2. Исследование материалов и подбор составов бетона

§ 3. Испытание анкеровки высокопрочной арматуры в бетоне

§ 4. Методика изготовления опытных образцов

§ 5. Методика и результаты испытаний

§ 6. Анализ результатов испытаний и сопоставление их с результатами экспериментов других авторов

В ы в о ды.

Глава Е. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНИЧНОГО АРМИ

- РОВАНИЯ И ПРОЧНОСТИ ПЕРЕАРМИРОВАННЫХ ИЗГИБАЕМЫХ И КОРОТКИХ ВНЕЦЕНТРЕННО дШЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ОДИНОЧНОМ АРМАТУРОЙ

§ I. Эквивалентные изгибаемые сечения

§ 2. Аппроксимирование диаграммы растяжения арматуры

§ 3. Расчет прочности переармированных элементов

§ Условие граничного армирования

§ 5. Расчетные формулы в окончательном виде

§ 6. Оценка роли растянутой зоны бетона. ИЗ

§ 7» Теоретический анализ полученных расчетных формул

§ 8. Экспериментальная проверка расчетных формул

В ы в о д ы.

Глава 1У. ОПРВДЕЛЕНИЕ ГРАНИЧНОГО УСЛОВИЯ И ПРОЧНО- СТИ ПЕРЕАРМИРОВАННЫХ ИЗГИБАЕМЫХ И КОРОТКИХ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ (СЛУЧАИ «МАЛЫХ" ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОВ) ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ С ОДИНОЧНОМ АРМАТУРОЙ.

§ I. Анализ нормативных методов определения граничного условия и расчета прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых (случай "малых0 эксцентриситетов) железобетонных элементов с одиночной арматурой.

§2. Предлагаемый метод определения граничного условия и расчета прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых (случай "малых" эксцентриситетов) железобетонных элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой и его сравнение с нормативными методами

§ 3. О граничном условии и расчете прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых (случай "малых" эксцентриситетов) железобетонных элементов прямоугольного сечения с двойной арматурой

§ 4-. Примеры расчета.

Вы в о д ы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование граничного армирования и прочности переармированных железобетонных элементов с одиночной арматурой.»

В настоящее время в связи е широким применением в строительстве сборных железобетонных конструкций из высокопрочных материалов и предварительно напряженных железобетонных конструкций некоторые вопросы расчета железобетонных элементов настоятельно требуют пересмотра, теоретического обоснования и дополнительного изучения с точки зрения влияния различных факторов на исследуемые величины.

К числу таких вопросов относятся условие граничного армирования и расчет прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых (случай "малых" эксцентриситетов) железобетонных элементов.

Как известно, формула проф. А.Ф.Лолейта [45,17,20] , положенная в основу принятой нормами методики расчета на прочность изгибаемых и внецентренно сжатых (случай "больших" эксцентриситетов) железобетонных элементов, получена только из условий статического равновесия, без привлечения условия совместности де-\ формаций сжатой зоны бетона и растянутой арматуры. Поэтому I Н и ТУ 123-55/МСПМХП предусматривали ограничение области приме; нения расчетных формул ( & ^.0,8), Однако это ограничение обок>о сновано экспериментальным путем только для случаев применения арматуры с относительно невысоким пределом текучести. Между тем, вполне возможно и экономически целесообразно применение в соот-I ветствующих эксплуатационных условиях обычных (ненапряженных) железобетонных конструкций, армированных горячекатаной арматурой периодического профиля с пределом текучести до 8000-9000 кг/см^ и проволокой с пределом прочности до 9000-10000 кг/см^ при условии ее анкерования или обработки поверхности [76] .

Инструкциями по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций, как ранее действовавшими (И-148-50, И-148-52), так и более поздней (СН 10-57), граница армирования практически принята такой же, как и для обычных железобетонных конструкций; при этом предусматривается соблюдение дополнительных условий (например, требование о минимальной величине предварительного напряжения, минимальных значениях относительных деформаций стали, указываемых в государственных стандартах, требование о надежном сцеплении арматуры с бетоном и др.).

Как правило, однако, предварительно напряженные изгибаемые элементы, рассчитанные по СН 10-57, разрушались по сжатой ) зоне бетона, а не по арматуре. Это говорит о том, что мы укладывали слишком много арматуры в предварительно напряженные изгибаемые элементы. Следовательно, граничный процент армирования 1 как из мягкой, так и из твердой стали следует принимать значительно меньшим, чем в обычных железобетонных изгибаемых элементах, Это приведет к ощутимому экономическому эффекту и расчетная схема, согласно которой разрушение элемента должно происходить по арматуре, будет соответствовать действительной схеме разрушения [23] .

Как показали эксперименты [22] , несущая способность вне-центренно сжатых предварительно напряженных колонн, вычисленная в соответствии с рекомендациями инструкции СН 10-57, во всех случаях оказывается завышенной по отношению к экспериментальной, с превышением до 25%,

При оценке экономичности и безопасности работы переармированных железобетонных элементов важно правильно определить юс предельную несущую способность. Рекомендуемый й 123-55/МСШШ1 расчет прочности переармированных изгибаемых железобетонных элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой также не предусматривал имеющих место в практике проектирования случаев применения арматуры высокой прочности.

В новых нормах проектирования бетонных и железобетонных конструкций (СНиП П-В.1-62), в отличие от прежних, значения граг ничной характеристики сечений ^ расширены и принимаются в зависимости от проектной марки бетона, без учета влияния дефор-мативных свойств и интенсивности предварительного напряжения применяемой арматуры.

Согласно техническим условиям проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб (СН 200-62) расчет прочности изгибаемых железобетонных элементов производится, в отлиние от норм проектирования СНиП П-В.1-62, с учетом влияния деформативных свойств и интенсивности предварительного напряжения растянутой арматуры. В то же время для внецентренно сжатш: железобетонных элементов граничное условие и расчет прочности при "малых'1 эксцентриситетах сохранены такими же, как в старых нормах проектирования НиТУ 123-55/МС1ШХП и СН 10-57.

Таким образом, расчет одних и тех же железобетонных элементов по одновременно действующим нормам (СНиП П-В.1-62 и СН 200-62) производится по разным зависимостям и дает значительно отличающиеся между собой результаты.

Проведенный в работе [24] анализ влияния различных экономических и конструктивных факторов, связанных с условием минимум? стоимости всего сооружения, показал, что единственным из факторов, препятствующим тенденции принимать наибольшие допустимые проценты армирования для сборных изгибаемых элементов, является расход арматуры. Все другие факторы, наоборот, требуют принятия максимально допустимых по конструктивным и статическим условиям процентов армирования. При этом некоторое увеличение стоимости сборных изгибаемых элементов при увеличении процента армирования сверх оптимального, определяемого из условия минимума стоимости отдельных элементов, рассматриваемых изолированно от сооружения в целом, перекрывается получающейся при этом же экономией на стоимости всего сорружения за счет уменьшения расходов на транспортировку и монтаж сборных элементов и уменьшения строительной высоты сооружения. Объясняется это обстоятельство пологостью кривой стоимости элемента в окрестности своего минимума - обстоятельством, отмечаемым во всех работах об экономическом армировании [78, 15, 37, 58, 74, 2, 7, 70 и др.]. Как это следует из работы [24] , в тех случаях, когда нет необходимости ограничивать армирование по условиям жесткости, требования экономичности и рав-нопрочности (по сжатой зоне бетона и по растянутой арматуре) сечений совпадают, т.е. процент армирования следует назначать равным граничному.

Во многих случаях, однако, выбор экономического процента армирования определяется, кроме условия прочности нормальных сечений, еще другими требованиями (к статической и динамической жесткости элемента, к конструктивной высоте сечения, недопустимость образования трещин в растянутой зоне бетона и др.), что может привести к назначений процентов армирования сверх граничного, т.е. к переармированным элементам. Необходимость в расчете прочности переарнированных элементов возникает также при испытании и отпуске с завода-изготовителя сборных балок, в которых прочность бетона еще не достигла проектной.

Поэтому в связи с широким применением сборного железобетона вопросы определения граничного армирования и прочности переармированных железобетонных элементов приобретают особо важное значение.

В настоящем исследовании была поставлена цель дать общую оценку влияния деформативных свойств и предварительного напряжения арматуры на граничное армирование и прочность переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых (случай "малых" эксцентриситетов) железобетонных элементов е одиночной арматурой при кратковременном загружении.

При выводе основных зависимостей внецентренное сжатие, пока эпюра напряжений остается двузначной, приводится к эквивалентному изгибу, поэтому применяемый в работе термин "переарми-рованныепг в одинаковой мере относится и к /внецентренно сжатым элементам; случай "малых" эксцентриситетов с однозначной эпюрой напряжений выделен в самостоятельный. Граничный случай получен как частный случай разрушения переармированного элемента, при котором относительная деформация и напряжение в арматуре достигают своих предельных значений (относительное удлинение, соответствующее пределу текучести, и предел текучести-дяя арматуры из мягкой стали; относительное равномерное удлинение при разрыве и предел прочности-для арматуры из твердой стали).

Результаты проведенного исследования позволили сформулировать некоторые общие научные выводы и разработать расчетные формулы для элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой, которые дают возможность уточнить условие граничного армирования и расчет прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых (елучай "малых" эксцентриситетов) железобетонных элементов, рекомендуемые действующими нормами проектирования, и определять прочность рассматриваемых элементов в случаях, не предусмотренных нормами проектирования. Предлагаемый метод расчета приводит, в конечном счете, к значительной экономии материалов (стали и бетона) за счет более правильной оценки несущей способности обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций и лучшего использования бетонов и сталей повышенной и высокой прочности.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Мельников, Г. И.

ВЫВОДЫ

На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы*

II Предлагаемый метод определения граничного условия и расчета прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сдатых (случай "малых11 эксцентриситетов) железобетонных элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой позволяет уточнить метод определения граничного условия и расчет прочности однотипных элементов, определяемый нормами проектирования СНиП П-В.1-62 и СН 200-62, что приводит, в конечном счете, к более полному использованию высоких прочностных свойств арматуры, лучшему учету совместной работы сжатой зоны бетона и растянутой арматуры и получаемой за счет этого экономии материалов (стали и бетона)*

2. Предлагаемый метод расчета позволяет определять прочность вышеназванных элементов в случаях, не предусмотренных нормами проектирования (применение в железобетонных элементах в качестве арматуры ненапрягаемой высокопрочной проволоки или при интенсивности ее предварительного напряжения < 0,4, применение тяжелого бетона марки > 600 кг/см^), определять напряженное состояние железобетонного элемента в момент начала разрушения сжатой зоны бетона с оценкой величины напряжения в арматуре, а также решать ряд других задач, возникающих при оценке результатов экспериментальных исследований железобетонных конструкций,

XX X

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование позволяет сформулировать следующие основные выводы,

1. Деформативные свойства и интенсивность предварительного напряжения растянутой арматуры следует относить к числу основных факторов, требующих надлежащего учета в расчетах на прочность изгибаемых и коротких внецентренно сжатых железобетонных элементов,

2. Граничное условие, определяемое согласно предлагаемому методу (глава ТУ, § 2), учитывает,в отличие от рекомендуемого нормами проектирования СНиП П-В.1-62 для изгибаемых и внецентренно сжатых железобетонных элементов и техническими условиями проектирования СН 200-62 для внецентренно сжатых железобетонных элементов, влияние различных деформативных свойств и предварительного напряжения растянутой арматуры.

3. Предлагаемый в работе (глава 1У, § 2) метод расчета прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых (при ■ , <0,575) железобетонных элементов прямоуголь

KuOflo ного сечения с одиночной арматурой учитывает, в отличие от указаний норм проектирования СНиП П-В.1-62 и технических условий СН 200-62, избыточное по сравнению, с определяемым с помощью граничного условия количество растянутой арматуры, что может оказать существенное влияние на прочность в случае применения высокодеформативной арматуры.

Правильность предпосылок, лежащих в основе предлагаемого метода расчета, достаточно хорошо подтверждается экспериментами, выполненными автором, и экспериментами, описанными в литературе; подсчитанные теоретические разрушающие моменту дают хорошее совпадение с разрушающими моментами, полученными из опыта

5. Предлагаемый метод расчета приводит, в конечном счете, к значительной экономии материалов (стали и бетона) за счет более правильной оценки несущей способности обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций и лучшего использования бетонов и сталей повышенной и высокой прочности.

6. Полученные выше выводы 1-3 могут быть использованы при определении граничного армирования и прочности переармированных изгибаемых и коротких внецентренно сжатых железобетонных элементов с двойной арматурой и элементов из легкого бетона.

Список литературы диссертационного исследования Мельников, Г. И., 1964 год

1. Аистов Н.Н.2. Антонов К.К.

2. Испытание сооружений. Госстройиздат, I960.

3. Элементы экономического расчета армированных конструкций, Госстройиздат, 1948.

4. Ахвледиани Н.В. Вопросы расчета железобетонных изгибаемыхэлементов прямоугольного сечения с односторонней арматурой. Диссерт., Т., 1953.4. Басевич Т.5. Безухов К.И.6. Безухов К.И.7. Беляев Б.И.8. Б е р г О.Я.

5. Исследование изгибаемых железобетонных элементов, армированных наклепанной сталью Диссерт., М., 1956.

6. Исследование железобетона на высокопрочных материалах.

7. Строительная промышленность^ № 12, 1940.

8. Испытание строительных конструкций и соору жений.1. Госстройиздат, М., 1954.

9. Подбор сечений элементов железобетонных конструкций по условию наименьшей стоимости.

10. Бюллетень строительной техники",№ 11,1951

11. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. Госстройиздат, М., 1962,

12. Бердичевский Г.И.-Предварительно напряженные и обычные железобетонные балки с холодносплщенной-арматурой периодического профиля. Исследования Железобетонные конструкции. Госстройиздат, М., 1952.

13. Бердичевский Г.И. и Михайлов К.В.- О предельном содержании арматуры в предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементах.

14. Стрбительная промышленность",№ 8, 1953.

15. Труды НИЙЖБ, вып. 23, Госстройиздат, М.,1961.

16. Автореферат диссерт., I., 1954.- Расчет на прочность изгибаемых железобетонных элементов с учетом характера дааграммы растяжения арматуры.

17. Дмитриев С.А., Мулин Н.М., Артемьев В.П.

18. Автореферат диссерт., Л., 1953.- Вопросы расчета железобетонных конструкций на 6-м Международном конгрессе по мостам и конструкциям.

19. Бетон и железобетон", № 3, 1961.- Формулы расчета железобетонных элементов. Т., 1933.- К пересмотру теории расчета железобетонных сечении.1

20. Проект и стандарт", № 2, 1934.- Об экономическом проценте армирования. "Строительная промышленностьП,1 3, 1939.- 0 методе исследования призменной прочности бетона.

21. Строительная промышленность", № 12,1952.- Расчет железобетонных элементов в случаях начала их разрушения в сжатой зоне. Научное сообщение Ю1НИИ, К., 1954.

22. Бетон и железобетон", te I, 1958.

23. Михайлов К.В. Предварительно напряженные струнобетонныебалки, армированные проволокой различной пластичности.

24. Бетон и железобетон", № 8, I960.52. Мурашев В.И.53, Мурашев В.И.- Замена металла железобетоном в агрегатах и сооружениях в условиях высокой температуры.

25. Строительная промышленность"8, 1948.

26. Труды ХИСИ, вып. 21, X., 1962.62; Р а т ц Э.Г. Испытания струнобетонных балок семилетнеговозраста.

27. Строительная промышленность", № 3, 1950.

28. Р а т д Э.Г. 0 предельном состоянии железобетонных сечений при изгибе.

29. Р у з г а 3. Электрические тензометры сопротивления.1. Госэнергоиздат, 1961.

30. Рубинчик A.M. Аппаратура для тензометрических измерений.

31. Методика лабораторных исследований деформаций и прочности бетона, арматуры и железобетонных конструкций (труды координационного совещания). Госстройиздат, М,, 1962.

32. С а л а и К. -К расчету прочности центрально и внецентренно сжатых железобетонных коротких элементов Диссерт., М., 1961.

33. Сахновский К.В.- Железобетонные конструкции^1. Госстройиздат, 1959.

34. Спивак А,Я. Исследование хрупкого разрушения железобетонных балок на основе законов подобия. Харьковское областное научно-техническое совещание по железобетонным конструкциям 13-15 декабря 1954 г., X., 1956.

35. Степаненко Л.Г.- Экономический расчет железобетонных балок.

36. Строительная промышленность",^ 9, 1952.

37. Столяров Я.В. Теория железобетона на экспериментальнойоснове. X., 1934.

38. Столяров Я.В, Введение в теорию железобетона.1. Стройиздат, 1941.

39. Таль К.Э. 0 границе между случаями разрешения изгибаемых элементов по растянутой арматуре и по сжатому бетону.

40. Сборник "Вопросы современного железобетонного строительства", Госстройиздат, М., 1962.

41. Таль К.Э., Костюковский М.Г.- Расчет и конструирование элементов железобетонных конструкций.1. Стройиздат, 1941.75. Тамарин А. А.- Деформации напряженно армированных элементов.

42. Транспортное строительство",№ 12, 1956.

43. Троупянский Б.Ф. Некоторые технико-экономические показатели современных железобетонных конструк ций.

44. Rekommendations for Attaining Balanced Design.

45. Journal of the American Concrete Institute", Жо 1,7.13, 1941.85«Gebauer F.- Die Plastizitatsteorie im Stahlbetonbau. W., 1949.86 .fishier W., Amos H., Friedrich E.

46. Versuche an Stahlbetonbalken zur Bestim-mung der Bewehrungsgrenze. Deutscher AusschuB fttr Stahlbeton, H.100, В.,1949.87. Гийон И.88.JSger К.

47. Предварительно напряженный железобетон (теоретические и экспериментальные исследования). Перевод с французского. Госстроииздат, М., 1959.

48. Festigkeitsnachweis im Stahlbetonbau. W., 1948.

49. Jaim.ey J.R., Hognestad E. and Henry D.M.90.Leonhardt F.

50. Ultimate Flexural Strength of Prestressed and Conventionally Reinforced Concrete Beams.

51. Journal of the American Concrete Institute", No 6, V.27, 1956. //- Spannbeton fQr die Praxis. В., 1955.9I.Rfisch H. Researches Toward a General Flexural

52. Theory for Structural Concrete. "Journal of the American Concrete Institute ", No 1, 7.32, 1960.

53. Saliger R. Der Stahlbetonbau. W., 1956.

54. Slater W.A. Compressive Strength of Concrete in and I^yse I. Flexure as Determined from Tests of1. Reinforced Beams.

55. Journal of the American Concrete Institute", No 8, V.I, 1930.

56. Временные указания по методике испытания на растяжение высокопрочной арматуры из проволоки и катанки. Госстройиздат, М., 1959.

57. Справочник инженера-строителя, том П. Госстройиздат. М., 1959.

58. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных здании и сооружений (расчетно-теоретический). Госстройиздат, И., i960.

59. Строительные нормы и правила, инструкции, технические условия и другие официальные материалы.