Применение косвенного сетчатого армирования для повышения жесткости и трещиностойкости железобетонных элементов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Ванус, Дахи Сулеман

• Ванус, Дахи Сулеман
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ванус, Дахи Сулеман

Введение.

1. Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Виды косвенного армирования.

1.2 Исследование деформирования сжатых элементов с косвенной арматурой из сеток.ч-.

1.3 Исследование деформирования изгибаемых элементов с косвенной сетчатой арматурой.

1.4 Методы расчета конструкций с косвенной арматурой из сеток.

1.5 Выводы по первой главе, цели и задачи исследования.

2 Глава 2. Экспериментальные исследования балочных элементов с косвенным сетчатым армированием сжатой зоны.

2.1 . Характеристики опытных образцов.

2.2 .1. Методика проведения испытаний.

2.2.2. Загрузочное устройство и измерительное средство.

2.3. Основные результаты испытания образцов.

2.3.1. Результаты испытания образцов серий Б- 1.

2.3.2. Результаты испытания образцов серии Б- II.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение косвенного сетчатого армирования для повышения жесткости и трещиностойкости железобетонных элементов»

Повышение эффективности вкладываемых средств в строительство неразрывно связано с совершенствованием железобетонных конструкций, которые являются основой капитального строительства в большинстве индустриально развитых и развивающихся странах. Решение этой проблемы осуществляется на основе различных подходов. Одним из направлений является расширение применения высокопрочных бетонов и арматуры, позволяющие снижать материалоемкость и стоимость конструкций традиционных форм. Другое направление связано с совершенствованием применяющихся конструкций и с разработкой новых, прогрессивных конструкций, обеспечивающих экономию материалов, с обязательным условием их достаточной технологичности от возможности внедрения на практике. Развитие этих направлений требует использования достаточно сложных технологий, что затрудняет широкое внедрение качественно новых конструкций в современном строительстве. В настоящее время наибольшее применение находят способы, позволяющие совершенствовать конструкции на основе обычно применяемых материалов.

В прошлом столетии учеными и специалистами были выполнены значительные теоретические и экспериментальные исследования различных способов косвенного армирования в элементах железобетонных конструкций. Были построены также разнообразные крупные сооружения с использованием косвенного армирования. В связи с интенсивным развитием науки и техники, большое значение приобретает совершенствование методов исследования элементов железобетонных конструкций, теории их расчета, а также разработка новых конструктивных форм. Стремление создать экономичные по расходу материалов элементы железобетонных конструкций, работающие на центральное сжатие, привело к их косвенному армированию в виде спиральных обмоток, сеток, заключение бетона в металлические трубы большого диаметра или в трубки небольшого диаметра[12,31]. Все эти способы армирования нашли применение в строительной практике, хотя они не равноценны по своим техническим и экономическим показателям.

Как известно исчерпание несущей способности железобетонных конструкций связано с достижением предельных деформаций в сжатом бетоне, увеличение этих деформаций позволяет более полно использовать прочностные свойства арматуры, что особенно важно при использовании высокопрочных сталей.

Наиболее распространенными способами повышения прочности и деформативности бетона в конструкции является специальные виды армирования: косвенное армирование в виде сварных сеток, спиральной или кольцевой арматуры; внешнее армирование в виде обойм из стальных листов или труб. К особенно эффективным относится косвенное армирование, способное создавать наиболее значительное сопротивление поперечным деформациям бетона при действии продольного сжимающего усилия. Влияние косвенного армирования на напряженно-деформированное состояние центрального и внецентренного сжатых элементов при статических и динамических нагрузках изучено достаточно полно

4,5,12,14,15,21,28,30,32,33,37,39,53,55,57,59,62,63], и методика их расчетов включена в нормативные документы. Имеются предложения по применению сетчатого косвенного армирования в сжатых зонах изгибаемых элементов и опубликованы несколько работ [19,42,43,58,60,63,64,65,66], содержащих экспериментальные данные по деформированию таких элементов, свидетельствующие о возможной эффективности этого способа армирования.

Однако этих данных недостаточно для полной характеристики напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов с косвенным армированием.

Целью диссертационной работы являются:

• оценка эффективности косвенного сетчатого армирования сжатых зон изгибаемых элементов, на их деформативность, на основе экспериментальных исследований.

• разработка метода расчета изгибаемых железобетонных элементов с косвенным армированием сжатой зоны по прогибам и раскрытию трещин, при статических нагрузках в стадии эксплуатации.

Научную новизну работы составляют:

• результаты экспериментальных исследований балочных элементов с косвенным сетчатым армированием сжатой зоны;

• метод расчета центрально сжатых элементов с поперечным косвенным армированием в стадиях упругого и неупругого деформирования продольной и поперечной арматуры;

• метод расчета изгибаемых элементов с косвенным армированием сжатых зон, в стадии деформирования арматуры в упругой стадии.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

• использованием методов регистрации и обработки результатов испытаний балок, обеспечивающих необходимую точность измерений;

• удовлетворительным совпадением результатов расчетов по разработанной методике с опытными данными автора и других исследователей.

Практическое значение работы состоит в разработке инженерного метода расчета железобетонных сжатых и изгибаемых элементов с поперечным сетчатым армированием, позволяющей определять параметры сеток косвенной арматуры обеспечивающей требуемую жесткость и трещиностойкость конструкций.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложено на 184 страницах печатного текста, иллюстрирована 49 рисунками, 18 таблицами. Список литературы содержит 69 наименований.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Ванус, Дахи Сулеман

5. Общие выводы.

1. Для проведения экспериментальных исследований изгибаемых элементов с сетчатым армированием сжатой зоны было изготовлено две серии, каждая из трех однопролетных железобетонных балок (200x150x1700) мм и различным шагом сеток:8=10 см с различным содержанием продольной 2014 (ц=0,012) и 2022 ц= 0, 0317) и косвенной сетчатой арматуры, состоящие из сеток с ячейками 20x20мм и с различным шагом сеток 8= 10 см (цху= 0,022) и Б=5 см (цху= 0,044). В процессе испытании были измерены: деформации продольной арматуры и стержней сеток; деформации бетона по высоте сечения; прогибы в середине пролета; высота сжатой зоны; ширины раскрытия трещин и расстояния между трещинами, а также вычислялся коэффициент^.

2.При испытаниях получено, что значения всех измеренных величин уменьшались с увеличением |1ху. Для оценки в среднем влияния косвенного армирования определены средние значения коэффициентов влияния и для основных характеристик балок получено, что косвенное армирование приводит к снижению: прогибы, ширины раскрытия трещин, деформация продольной арматуры, деформация бетона сжатой зоны, расстояние между трещинами. Полученные опытные данные свидетельствуют, что косвенное армирование сжатых зон повышает жесткость и трещиностойкость изгибаемых элементов. Эти особенности характеризуются соотношениями для средних коэффициентов влияния прогибов р / и ширины раскрытия трещин расгс

- для балок серии Б-1 (ц= 0,012): Р/ = • /л^, р^ = 7,27 • ц^

- для балок серии Б-И (ц= 0,0317): Р/ = 5 ' Мху» Ра^ = 7>95 ' Рху

3. Косвенное армирование сжатой зоны балок на значении нагрузок трещинообразования влияет не значительно и повышает несущую способность на 4-13%. Разрушение балок начиналось с разрушения защитного слоя бетона и заканчивалось раздроблением бетона сжатой зоны на участке чистого изгиба.

4. Деформационная модель армированными сетками бетона учитывает объемное напряженное состояние, возникающее вследствие трехосного сжатия от продольных и поперечных напряжения в бетоне. Для характеристики объемно напряженного состояния элемента использован обобщенный закон Гука. Нелинейные деформации бетона учитываются секущими модулями деформаций и коэффициентами поперечных деформаций. Из решения общих систем уравнения деформированного элемента найдены выражения для деформации стержней сеток и для продольных и поперечных деформаций бетона. Получено, что сетчатое армирование повышает жесткость, вследствие повышения предельных сопротивлений сжатого бетона и создания дополнительной продольной жесткости элемента.

5. Расчетные зависимости для центрально сжатого элемента с поперечной сетчатой и продольной арматурой получены на основе представления диаграммы деформированного бетона с использованием секущих коэффициентов упругости," учитывающие нелинейные деформации бетона. Продольные деформации элемента характеризуются осевыми жесткостями, которые учитывают деформирование продольной и поперечной сетчатой арматуры в упругой и неупругой стадиях.

6. Расчетные зависимости для изгибаемого элемента с сетчатым армированием сжатой зоны получены исходя из параболо-прямоугольной диаграммы деформирования сжатого бетона. Распределение деформаций по высоте сечения принято на основе закона плоских сечений. Вследствие продольной жесткости сеток возникают интегральные члены в уравнениях для относительной высоты сжатой зоны и в выражении для момента внутренних сил. При этом происходит повышение изгибной жесткости и трещиностойкости элемента в зависимости от параметров сеток косвенного армирования.

7. Приведенные расчеты испытаний центрально сжатых и изгибаемых элементов (балки) выявили удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных.

8. Проведенная технико-экономическая оценка применения косвенной сетчатой арматуры в сборной железобетонной предварительно напряженной подкрановой балке выявила возможность экономии общего расходе стали в 8-9 %.

6. Справка о внедрении результатов диссертационной работы

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ванус, Дахи Сулеман, 2011 год

1. Абрамов Н.М. Испытание моста со спиральной арматурой системы Консидера. СП6Д905.

2. Абрамов Н.М. Изучение свойств бетона в обойме. Механическая лаборатория Института инженерных путей сообщения, СПб, 1907.

3. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс -М. :Стройиздат, 1991 .-761 с.

4. Берг о.я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.: Строиздат,1962. - 96с.

5. Васильев А.П., Матков Н.Г., Филиппов Б.Н. Прочность и деформативность сжатых элементов с косвенным армированием. || Бетон и железобетон. 1973. -№4 - с.101- 111.

6. Васильев А.П., Матков Н.Г. Работа внецентренно сжатых железобетонных элементов с косвенным армированием. || Теория железобетона. М.: Стройиздат, 1972- с. 101-111

7. Вейглер Н., Хенсель И. Исследование армирования, эквивалентного спиральному.- "Die Bantechnik", т.3,1961.

8. Виноградова О.Ф. Экспериментальные исследования центрально-сжатых железобетонных элементов с косвенным армированием сетками нового типа, || сб. оборудов. ЛИИЖТ, вып. 350,1973.

9. Гвоздев A.A. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия М.: Гостройиздат.1949. - 280с

10. Гениев Г.А., Кисюк В.Н., Тюнин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1974.- 316с.

11. Гнедовский В.И. Косвенное армирование железобетонных конструкций JL: Стройиздат, 1981.-125с.

12. Гончаров A.A. Внецентренно сжатые железобетонные элементы с косвенным армированием при кратковременном динамическом нагружении: автореферат дисс. канд. техн. наук 14. 1988. - 16с.

13. ГОСТ 10180-78 "Бетон, методы определения прочности на сжатии и растяжении"

14. ГОСТ 24452-80 "Методы определения призменной прочности модуля упругости и коэффициента Пуассона" М. Госстандарт, 1981.

15. ГОСТ 12004 81 "Сталь арматурная. Методы и испытания на растяжение. -М.Госстандарт, 1982."

16. Гринев В.Д., Белевич С.Д. Работа железобетонных балок с усиленной сжатой зоной // Промышленное и гражданское строительство.-1993.- № 10.- С. 12

17. Дарков A.B., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: "Высшая школа" 1975-653с.

18. Довгалюк В.И. Исследование работы центрально-сжатых железобетонных колонн с косвенной и продольной арматурой. || Бетон и железобетон. 1971, №11.22.3алигер П. Железобетон, его расчет и проектирование. М.: Госиздат, 1928.

19. Карпенко Н.И. Об одной характерной функции прочности бетона при трехосном сжатии. || Строительная механика и расчет сооружений. 1982-№2.-с. 33-35.

20. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. -416 с.

21. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А., Петров А.И. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона и арматуры // Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций // Тр. Н-та/ НИИЖБ- 1986-С.7-25.

22. Карпинский В.И. Бетон в предварительно напряженной спиральной обойме. Оргтрансстрой, 1961.

23. Карнет Ю.Н. Исследование сжатых железобетонных элементов с сеточным армированием и продольной высокопрочной арматурой || Автореферат диссертации. Канд. технических наук. Свердловск,1973. - 22с.

24. Консидер М. Прочность на сжатие железобетона и бетона в обойме. "Le Genie Civil", т. XVII, 1902.

25. Курылло A.C. Результаты новых испытаний железобетонных колонн с косвенной арматурой. Строительная промышленность, 1952, №8.

26. Лукша JI.K. Прочность трубобетона. Минск, Вища школа, 1977. - 96с.

27. Малашкин Ю.Н., Тябликов Б.В. О прочности бетона при трехосном сжатии. || Свойства бетона, определяющие его трещиностойкость. Труды XV координационного совещания по гидротехнике.- JL: 1976, вып. 112.

28. Малашкин Ю.Н. Деформирование и разрушения бетона в условиях сложных напряженных состояний. || Диссертация докт. техн. наук.- М.: МИСИД984.

29. Матков Н.Г. О диаграммах деформировании сжимаемых железобетонных элементов с продольным и поперечным армированием. || Совершенствование методов расчета статически неопределимых элементов железобетонных конструкций. Тр. ин-та НИИЖБ. 1987. - с. 135-142.

30. Михайлов В.П. и др. Некоторые предложения по описанию диаграмм деформацией бетона при загружении. || Изв. вузов.- сер. Строительство и архитектура. 1984-№2.-с.23-27.

31. Мулин Н.М., Гуща Ю.П., Мамедов Т.И., Прочность балок и их деформирование в стадии, близкой к разрушению || Новое о прочности железобетона. М.: Стройиздат, 1977. - с. 30 -47.

32. Мухамедиев Т.А. Прочность и деформации стержневых элементов с косвенным армированием. || Бетон и железобетон.- 1989,№12.- с.26-27.

33. Некрасов В.П. Метод косвенного вооружения бетона. Новый железобетон. 4.1. Транспечать, 1925.

34. Попов H.H., Матков Н.Г., Гончаров A.A. Внецентренно сжатые элементы с продольной высокопрочной арматурой при статическом и динамическом нагружении. || Бетон и железобетон. 1990, № 10.

35. Попов H.H., Трекин H.H., Матков Н.Г. Влияние косвенного армирования на деформативность бетона. || Бетон и железобетон. 1988 - №11 - с.ЗЗ- 34. Эксп. Часть. Графика, материал.

36. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры. (К СНиП 2.03.01-84).-М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 190с.

37. Расторгуев Б.С., Яковлев С.К. К вопросу о применении косвенного армирования в ригелях многоэтажных производственных зданий. || Изв. Вузов. Строительство и архитектура, 1985,№ 9, с. 1-4.

38. Расторгуев Б.С. Упрощенная методика получения диаграмм деформирования стержневых элементов в стадии с трещинами. | Бетон и железобетон, 1993 ,№5-с. 22-24.

39. Рекомендации по проектированию железобетонных колонн, армированных высокопрочными продольными стрежнями и поперечными сварными сетками. || НИИЖБ.-М.: 1979.-24с.

40. Рискинд Б.Я. Прочность сжатых железобетонных стоек с термически упрочненной арматурой. || Бетон и железобетон. 1972,№11. - с.31-33.

41. Рискинд Б.Я. Применение высокопрочной сжатой арматуры в железобетонных конструкциях || Промышленность сборного железобетона. М.: Стройиздат, 1982, вып.З, сер.З

42. Сахновский К.В. Железобетонные конструкции М.: Гостехиздат, 1959 -839с.

43. Карпенко С.Н. Модели деформирования железобетона в приращениях и методы расчета конструкций автореферат диссертации д.т.н.- (НИИСФ РААСН) Москва 2010. 48 с.

44. СНиП 2.03.01.84 Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. - М. ЦИТП Госстроя СССР,1985 - 79с.

45. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. М. ГУП ЦПП.2003-42с.

46. Ставров Г.Н., Катаев В.А. Расчет центрально сжатых элементов со спиральным и кольцевым армированием || Бетон и железобетон. - 1993, № 2. -с.31-32.

47. Трекин H.H. Несущая способность колонн, армированных высокопрочной сталью, при динамическом воздействии || Диссертация кандидат технических наук. -М.: 1987,- 150с.

48. Трекин H.H., Попов H.H., Матков Н.Г. Влияние косвенного армирования на деформативность бетона. || Бетон и железобетон. 1986 - №11 - с.ЗЗ- 34.

49. Тихий М., Ракосник И. Расчет железобетонных рамных конструкций в пластической стадии. Перераспределение усилий. М. Стройиздат, 1976 - 190с.

50. Филиппов Б.П. Матков Н.Г. Прочность и деформативность внецентренно сжатых колонн с косвенным армированием // Конструкции и узлы многоэтажных зданий из железобетона,- М.: Стройиздат, 1974,86 с.

51. Цепелев C.B. Работа изгибаемых элементов с косвенным армированием. || Бетон и железобетон. 1992.№9. -с.2-4.

52. Чистяков Е.А., Бакиров К.К., Прочность и деформации сжатых элементов с косвенным армированием. || Новое о прочности железобетона. М.: Стройиздат,1977.-с.47 - 60.

53. Яковлев С.К. Исследование приспособляемости железобетонных конструкций при действии повторных кратковременных нагрузок. || Диссертация, канд. техн. наук. М.: МИСИ,1984. - 180с.

54. Soretz S., Stumpf A. Beitrag zum Bruchverhalten von Stahlbetonsaulen | Beton und Stahlbetonbau/ 1959. May, Heft. 5,-S.l31-132.

55. Zhaoynan Chen. Zihao Wang. Qingin Zhao. Use of Hich- strength concrete in blast- resistand structures || Tsinghua university, Beising, China, 1992.

56. Яркин P. А., Струлев В. M. Изгиб железобетонных балок с косвенным13 <армированием сжатой зоны бетона // Вестник ТГТУ. 2003. Том 9 с.486-491.

57. Яркин Р. А., Анисимов С. В., Струлев В. М. Теоретические основы применения косвенного армирования в изгибаемых железобетонных элементах // Труд ТГТУ. Вып. 10. Тамбов: Изд-во Тамб. Гос. Техн. Ун-та, 2001.- С.74-78.

58. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (К СП 55-102-2003). ЦНИИПромзданий, НИИЖБ.-М.:ОАО ЦНИИПромзданий, 2005.-158с.

59. Типовые детали и конструкции зданий и сооружений серия кэ-01-50. Сборные железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки. Выпуск 2 (рабочие чертежи). Центральный институт типовых проектов. Москва 1963г. 17 с.

60. Кодыш Э.Н., Трекин H.H., Никитин И.К. Проектирование многоэтажных зданий с железобетонным каркасом / Монография. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009. - 352с.