Міцність та деформативність сталебетонних балок, армованих високоміцною стержневою арматурою в поєднанні з стрічковою : Прочность и деформативность сталебетонных балок, армированных высокопрочной стержневой арматурой в сочетании с ленточной

Краткое описание

Національний університет "Львівська політехніка"

На правах рукопису
УДК 624.012.035:693.564

Бобало Тарас Володимирович

Міцність та деформативність сталебетонних балок, армованих високоміцною стержневою арматурою в поєднанні з стрічковою

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

Дисертація на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Науковий керівник:
Заслужений діяч науки і техніки України
доктор технічних наук, професор,
Клименко Федір Єлисейович
доктор технічних наук, професор,
Бліхарський Зіновій Ярославович

Львів - 2012

Зміст
Вступ.. 5
Розділ 1
Огляд стану досліджень сталебетонних балок.. 13
1.1. Суть сталебетонних конструкцій. Переваги та недоліки. 13
1.2. Розвиток сталебетонних конструкцій із зовнішнім стрічковим армуванням 15
1.3. Основні методики розрахунку міцності нормальних перерізів. 22
1.4. Методика розрахунку міцності за деформаційним методом. 27
1.5. Перехід до задач досліджень сталебетонних конструкцій із змішаним армуванням 35
1.6. Висновки. 38
РОЗДІЛ 2
КОНСТРУКЦІЯ ДОСЛІДНИХ ЗРАЗКІВ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ СТАЛЕБЕТОННИХ БАЛОК.. 39
2.1. Матеріали дослідних зразків. 39
2.2. Компонування перерізів дослідних сталебетонних балок та розрахунок їх міцності 40
2.3. Конструкція дослідних зразків. 46
2.4. Технологія виготовлення дослідних зразків. 52
2.5. Методика випробувань балочних конструкцій. 53
2.6. Висновки. 58
Розділ 3
Дослідження та аналіз експериментальних даних сталебетонних балок, армованих пакетом арматур. 60
3.1. Визначення характеристик бетону та арматури. 60
3.2. Стадії роботи сталебетонних балок із комбінованим армуванням. 62
3.2.1. Робота дослідних зразків під навантаженням до моменту утворення тріщин. 63
3.2.2. Процес утворення тріщин. 66
3.2.3. Деформативність дослідних зразків з тріщинами в розтягненій зоні. 71
3.2.4. Стадія руйнування дослідних балок. 79
3.3. Кривизна і прогини дослідних балок. 85
3.4. Висновки. 90
Розділ 4
математичне моделювання напружено-деформованого стану сталебетонних балок армованих пакетом арматур.
4.1. Основи математичного моделювання. 93
4.2. Опис реальних діаграм s-e для арматури. 97
4.3. Опис реальних діаграм s-e для бетону. 101
4.4. Алгоритм розрахунку напружено-деформованого стану. 105
4.5. Порівняння результатів експериментального випробовування з розрахунком на ЕОМ 109
4.6. Числове дослідження напружено-деформованого стану. 113
4.6.1. Мета та структура числового експерименту. 113
4.6.2. Методика числового експерименту. 113

Список литературы

1. Робота сталебетонних конструкцій під навантаженням достатньо широко досліджена. Однак напружено-деформований стан сталебетонних балок із змішаним армуванням вивчено не достатньо. Також не досліджено вплив відсотку армування високоміцними стержнями на роботу конструкцій армованих пакетом арматур.
2. За розробленими на базі норм методиками в дисертаційній роботі виконано експериментально-теоретичні дослідження сталебетонних балок із комбінованим армуванням та отримано результати, щодо впливу відсотку армування високоміцною стержневою арматурою в поєднанні із стрічковою сталлю С275, на міцність тріщиностійкість та деформативність таких конструкцій.
3. За результатами експериментальних та теоретичних досліджень встановлено, що балки з комбінованим армуванням високоміцною та звичайною сталлю, після текучості менш міцної арматури продовжують сприймати навантаження, поки не буде досягнута умовна межа текучості для високоміцної арматури. При зменшенні класу високоміцної арматури деформативність балки також зменшується, проте відсоток армування збільшується при незмінній несучій здатності.
4. Для балок, у яких стрічкова арматура працює із зчепленням з бетоном за допомогою U-подібних анкерів, зменшення кількості стержневої арматури, що має рівномірне зчеплення з бетоном завдяки рифленій поверхні, збільшує граничне розкриття тріщин, зменшує їх кількість та момент тріщиноутворення. При збільшенні fyk·As,стержня з 31,2% до 61,9%, згинальний момент, що відповідає ширині розкриття тріщин 0,3мм, збільшився в середньому на 2,4%.
5. Одержані експериментальні результати досліджень несучої здатності сталебетонних балок із комбінованим армуванням довели, що СНиП 2.03.01-84* дещо недооцінює міцність таких конструкцій (розбіжність до 15,3% для балок із зчепленням стрічкової арматури з бетоном та 8,7% для балок без зчеплення стрічкової арматури з бетоном), більшу збіжність отримуємо при використанні методики, що дозволяє враховувати нелінійну роботу бетону згідно ДБН В 2.6-98:2009 (розбіжність до 5,6% для балок із зчепленням стрічкової арматури з бетоном та 2,2% для балок без зчеплення стрічкової арматури з бетоном).
6. Відхилення розрахункових та експериментальних значень прогинів сталебетонних балок із комбінованим армуванням довели, що СНиП 2.03.01-84* недооцінює деформативність таких конструкцій (розбіжність до 161,5% для балок із зчепленням стрічкової арматури з бетоном та 33,3% для балок без зчеплення стрічкової арматури з бетоном), на відміну від ДБН В 2.6-98:2009 (розбіжність до 20,9% для балок із зчепленням стрічкової арматури з бетоном та 6,2% для балок без зчеплення стрічкової арматури з бетоном).
7. Момент тріщиноутворення визначений за СНиП 2.03.01-84* менший за дослідний, відхилення не перевищує 34,9% для балок із зчепленням стрічкової арматури з бетоном та 56,5% для балок без зчеплення стрічкової арматури з бетоном, на відміну від ДБН В 2.6-98:2009 за яким момент також менший за дослідний та відхилення не перевищує 27,3% для балок із зчепленням стрічкової арматури з бетоном та 51,3% для балок без зчеплення стрічкової арматури з бетоном.
8. Запропоновано розрахунок несучої здатності сталебетонних балок на ЕОМ з використанням розробленої в даній роботі методики розрахунку, яка дозволяє моделювати напружено-деформований стан сталебетонних конструкцій з використанням реальних діаграм деформування матеріалів s-e. Результати розрахунку дають добру збіжність з експериментальними даними (відхилення не перевищують за несучою здатністю 5,9%, моментами тріщиноутворення 7%, деформативність при 0,7Мdr2 14,3%).
9. Виконані експериментально-теоретичні дослідження роботи напружено-деформованого стану конструкцій дозволили встановити, що при комбінованому армуванні сталебетонних балок, оптимальний відсоток армування високоміцною стержневою арматурою досягається при умові передачі на неї 25-55% розтягуючого зусилля, це знижує відсоток армування відповідно на 15-30%, при забезпеченні вимог з деформативності, тріщиностійкості та міцності.
10. Запропоновані залежності для визначення рекомендованого відсотку армування високоміцною арматурою , при комбінованому армуванні сталебетонних балок, дозволяють визначити рекомендований відсоток армування високоміцною арматурою звичайних сталебетонних конструкцій із одиночним армуванням та без впливу на міцність зменшити загальний відсоток армування, збільшивши деформативність на зазначену величину.

1. Альхарірі В.А., Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов при сложных режимах нагружений // Збірник наукових праць. Полтавський державний технічний університет ім. Юрія Кондратюка Полтава, ПДТУ; 1998, вип. 2, С. 67-83.
2. Антонов К.К., Экономика железобетонных конструкций. / К.К.Антонов // М.: МИСИ, 1982.-36с.
3. Арматура для железобетонных конструкций / Львов политехн, ин-т; авт. изобрет. Ф.Е. Клименко, А.Д. Шеховцов, В.М. Барабаш. - Заявл. 15.11.74 №2075935/29-33; Опубл. вБ.И. -1977. -№57.
4.
5. Багатурия Ф.И. Результаты экспериментальных исследовании влияния типов анкеров па прочность и деформативность связи профилированной листовой арматуры с бетоном. - кн.: Совершенствование методов расчета и исследование новых типов железобетонных конструкций. / Ф.И. Багатурия // -Л., 1975, №2. -С. 138-143.
6. Байков В.Н., Железобетонные конструкции. / В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов // -М.: Стройиздат, 1991, - 767 с.
А.М., Основні положення проектування бетонних та залізобетонних конструкцій за національним нормативним документом ДБН В.2.6.-98:2009 // Науковий вісник ЛНАУ — 14 (2010)
8. Расчет изгибаемых и внецентрально сжатых элементов на основе упрощенных диаграмм деформирования / А.Н. Бамбура, А.Я. Барашиков // Бетон и железобетон - пути развития. - М.: НИИЖБ, 2005- Т.2-С.312-318.

11.Барабаш В.М. Моделирование прочности изгибаемых железобетонных стержней на ЭВМ, Механика и физика разрушения композитных материалов и конструкций: Тез. докл. 1-го Всесоюзного симпозиума. -Ужгород, -с. 4-5.
12. Барабаш В.М., Розробка, дослідження та застосування нового виду стрічкової арматури періодичного профілю в сталебетонних конструкціях /В.М. Барабаш, Ф.Є. Клименко // Проблеми теорії і практики залізобетону. -Полтава, 1997. -С. 37-41.
13.
14. Барашиков А.Я. Деформативні методи розрахунку згинальних залізобетонних елементів згідно з проектом нових норм України // Вісник Криворізького технічного університету: зб. наук. праць. Кривий Ріг: 2006. Вип.3. С. 159-161.
15. Барашиков А.Я. Залізобетонні конструкції. // Загальний курс. К.: Вища шк., 1998. 726 с.
16. Барашиков А.Я. Методика розрахунку залізобетонних конструкцій за деформаційною моделлю згідно з проектом нових норм. // Сучасне цивільне та промислове будівництво. том 1, номер 1, 2005, -С. 13-18.
17. Барашиков А.Я. Проблеми розвитку залізобетонних конструкцій в Україні. // Зб. наукових праць. Науково технічні проблеми залізобетону. Будівельні конструкції, вип. 59, кн. 1 К., КНІБК,- 2003,- С. 17-21.
18. Барашиков А.Я., Прочность, жесткость и трещиностойкость железобетонных элементов при повторных нагружениях поперечными силами. Работа бетона и железобетона с различными видами армирования на выносливость при многократно повторяющихся нагрузках. /А.Я. Барашиков, Ю.А. Климов, Р.Д. Алабердиев // Тезисы докладов координационного совещания. - Львов, 1987. -С.8.
19. Барашиков А.Я., Спрощені розрахунки несучої здатності нормальних перерізів згинальних елементів за деформаційною моделлю /А.Я. Барашиков, І.В. Задорожнікова // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі і споруди. 36. наук, статей. Рівне НУВГП, 2005.-Вип. 12.-С. 109-115.
20.
21. Беленя Е.И. Металлические конструкции. - М.: Стройиздат, 1985. - 560с.
22.
23.
24.
25.

27.
28.
29. Васильев П.И., Снижение материалоемкости конструкций на основе развития теории и методов расчета / П.И. Васильев, А.Б. Голышев, А.С. Залесов // Бетон и железобетон. -1988. -№9. -С.16-18.
30.
31.
32.
33.
34.
35.Гвоздев А.А. Задачи и перспективы развития теории железобетона // Строительная механика и расчет сооружений. -М., 1981. -№6. -С. 14-17.
36. Гвоздев А.А. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций. -М,: Стройиздат, 1978. -76 с.
37.
38. Гибшман Е.Е. Проектирование стальных конструкций, объединенных с железобетоном в автодорожных мостах. / Е.Е. Гибшман // -М.: Автотрансиздат, 1956. -236 с.
39. 1970 г. (Научно-технический отчет делегации СССР). -НИИЖБ. -1971. -С.11-23.

41. .
42. 12 м для многоэтажных общественных зданий / В.Н. Голосов, Г.П. Бирюков // Тезисы сообщений координационного совещания по проблеме: Разработка, исследование и внедрение конструкций с внешним армированием / НИИЖБ. М. 1974. 24 с.
43. Голышев А.Б. О материалах второго Всесоюзного совещания по проблемам ползучести и усадки бетона / А.Б. Голышев // Бетон и железобетон. -1977.-№8.-С.25-27.
44.
45. Будівельник, 1984.-128с.
46. Голышев А.Б., Экспериментальные исследования прочности и трещиностойкости наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов / А.Б. Голышев, В.И. Колчунов, Г.А. Смоляго // Совершенствование технологических процессов и оборудования в производстве строительных материалов. Тезисы докладов конференции БТИСМ. - Белгород, 1981.-С.89-91.
47.
48.
49. Гуща Ю.П., К вопросу о совершенствовании расчета деформаций железобетонных элементов / Ю.П. Гуща, Л.Л. Лемыш // Напряженно- деформироваванное состояние бетонных и железобетонных конструкций. М., НИИЖБ, Госстроя СССР, 1986 С. 26-38.
50. Гуща Ю.П., Об учете неупругих деформаций бетона и арматуры в расчете железобетонных конструкций по первой и второй группе предельных состояний / Гуща Ю.П. // Совершенствование конструктивных форм методов расчета и проектирования железобетонных конструкций, М., НИИЖБ Госстроя СССР, 1983 С. 8-14.
51.
52. Донченко О.М., К развитию теории сопротивления железобетонных элементов чистому изгибу. / О.М. Донченко // Сб. Изв. вузов.,1985, №4,-С. 29 - 34.
53.
54. Дорошкевич JI, А., К методике определения прочности бетона на растяжение методом раскалывания / JI. А. Дорошкевич, Г.Н. Гладышев // Научные сообщении. Вестник докладов. -Львов, 1976. С.188-192.
55. Дорошкевич Л.А., Экспериментальные исследования железобетонных балок в зоне действия поперечных сил с продольной арматурой различной жесткости / Л.А. Дорошкевич, Н.Н. Ершева // Вестник Львовского политехнического института. Вопросы современного строительства. - Вып. 80. -Львов, 1973. -С.29-37.
56. Мінрегіонбуд України, 2006. -С. -4.
57. ДСТУ Б В.2.6-7-95. Вироби будiвельнi бетонні та залiзобетоннi збiрнi. Методи випробувань навантажуванням. Правила оцінки мiцностi, жорсткості та трiщиностiйкостi. -М.: Мінрегіонбуд України, 1995.
58.
59.
60.
61.
62.
63.Зак М.Л. О влиянии неоднородности бетона на его прочность // Напряженно- деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. / М.Л. Зак // -М.: НИИЖБ, 1986. -С. 145-152.

65. Залесов А.С., Расчет деформаций железобетонных конструкций по новым нормативным документам / А.С. Залесов , Т.А. Мухамадиев, Е.А. Чистяков // Бетон и железобетон, №6, Издательство ЛАДьЯ, 2002.- С. 12-16.
66. Залізобетонні конструкції, підручник, за ред. А.Я. Барашикова К., - Вища школа 1995. 591с.
Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. / О. Зенкевич // -М: Мир, 1975.
68.Изотов Ю.И. Прочность железобетонных балок. / Ю.И. Изотов // -Киев: Будівельник, 1978. -158с.
69.

71. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. / Н.И. Карпенко // М; «Стройиздат», 1996. 416с.
72.
73.

75.
76.
77. Клименко Ф.Є., Прочность и деформативность сталежелезобетонных изгибаемых элементов с листовой сталью на тяжелом и легком бетонах / Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш, Б.И. Боднарчук // Весник Львовского политехн. ин-та. -1972. -№70. -С.37-46.
78.
79. Клименко Ф.Є. К терминологии названия железобетонных конструкций с внешним (листовым) армированием / Ф.Є. Клименко // Вестник ЛПИ. Львов. 1976. - №6. с. 197-200.

81.
82. Клименко Ф.Є., Вплив жорстких торцевих упорів з двосторонніми ребрами на несучу здатність сталебетонних конструкцій / Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш, Ю.Є. Фамуляк // Теорія і практика розвитку агропромислового комплексу: Тези міжнародної науково-практичної конференції присвяченій пам’яті проф.Храпливому. Львів, 1999. с.321-322.
12 м / Ф.Є.Клименко, Ю.Є. Фамуляк та інші // 25 років сталебетонних конструкцій з зовнішнім армуванням: Збірник матеріалів конференції. Львів, 1996. с.74-77.
Клименко Ф.Є., Исследование прочности и деформатив-ности сталежелезобетонных изгибаемых элементов с листовой сталью на тяжелом и легком бетонах / Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш // Бетон и железобетон. -1972.-№8.-С.5-6.
85. Клименко Ф.Є., Коэффициенты асимметрии напряжений поперечной арматуры и сжатого бетона над наклонной трещиной железобетонных балок при многократно повторяющихся нагрузках / Ф.Є. Клименко, В.В. Левчич, И.М. Добуш // Строительство и эксплуатация автомобильных дорог. -Минск: БелдорНИИ, 1986. -С. 111-116.

87. Клименко Ф.Є., Листовая арматура периодического профиля для сталебетонных конструкций с внешним армированием Тезисы докл. Всесоюзн. Совещ.: Железобетонниє конструкции с внешним армированием профилированим стальным листом. / Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш // Челябинск.,. -1983. - С. 13-14.
88.
89. Клименко Ф.Є., Металеві конструкції. / Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш, Л.І. Стороженко // -Львів: Світ, 2002. - 311 с.
90.
91. Клименко Ф.Є., Міцність сталебетонних балок без торцевих упорів та з упорами різної потужності / Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш, Ю.Є. Фамуляк // Архітектура і сільськогосподарське будівництво: вісник ЛДАУ. Львів, 2000. с.132-136.
92. Клименко Ф.Є., Потери напряжений сталебетонных балок / Ф.Є. Клименко, З.Я. Блихарский, В.М. Барабаш // Тезисы докл. науч.-практической конференции: Совершенствование методов расчета и проектирования современных видов строительных конструкций. Ровно.
93.

95. Клименко Ф.Є., Характер роботи сталебетонних елементів при дії поперечних сил / Ф.Є. Клименко, Т.Б. Боднарчук // Теорія і практика будівництва. - Львів. -1997. -№335. -С.84-88.
96. Климов Ю.А. Расчет прочности элементов при действии поперечных сил / Ю.А. Климов // Бетон и железобетон. -1988. -№4. -С. 33-35.
97. Климов Ю.А. Сучасні методи розрахунку залізобетонних конструкцій за граничними станами другої групи. /Ю.А. Климов// - К.: КНУБА, 2001-46 с.
98.
99.
100.
101. Колбасин В.Г. Плиты с арматурой из профилированного сталевого настила / В.Г. Колбасин // Бетон и железобетон. -1980. -№1. -С. 11-13.
102. Колчунов В.И., Разрушение железобетонных элементов от совместного действия изгибаемого момента и поперечной силы / В.И. Колчунов // Строительные конструкции / вып. 32. -Киев: Будівельник, 1979. -С.51-54.
103.
104.
105.Копытин В.А., Анкеровка арматуры с наклонной трещиной / В.А. Копытин, В.В. Зайцев // Бетон и железобетон. -1983. -№5. -С. 33-34.
106.
107. 26-30.
108.
109. Кудзис А.П., Статический анализ ширины раскрытия наклонных трещин в элементах переменной высоты / А.П. Кудзис, В.И. Виршилас, И.И. Женевшюс // Вопросы надежности железобетонных конструкций. - Куйбышев, 1973.-С.130-133.
110.
111.
112.
113.
114.
115. Методические рекомендации по определению ширины раскрытия трещин в железобетонных элементах. -Киев: НИИСК, 1982. -28 с.
116. Методические рекомендации по расчету несущей способности железобетонных изгибаемых элементов при совместном действии изгибающего момента и поперечной силы. -Киев: НИИСК, 1980. -22с.
117. Милованов А.Ф., Прочность и трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов при действии поперечных сил и повышенных температур / А.Ф. Милованов, И.М. Махкамов // Экспресс-информация. Серия 8. Строительные конструкции. Выгт.1. -М.: ВНИИИС, 1984. -С.5-8.
118. Митрофанов В.П. Екстремальний критерій міцності залізобетонних елементів у деформаційній моделі / В.П. Митроф