Шилов Александр Владимирович. Сопротивление сжатию керамзитофиброжелезобетонных элементов различной гибкости

Короткий опис

Шилов, Александр Владимирович. Сопротивление сжатию керамзитофиброжелезобетонных элементов различной гибкости : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.01.- Ростов-на-Дону, 2000.- 187 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/2683-0

РОСТОВСКИ Й-ІІА-ДОПУ ГОСУДАРСТВЕННЫ Й
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
ШИЛОВ Александр Владимирович
СОПРОТИВЛЕНИЕ СЖАТИЮ КЕРАМЗИТО-
ФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
РАЗЛИЧНОЙ ГИБКОСТИ
Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,
’ здания и сооружения
ДИССЕРТАЦИ Я
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор МАИЛЯН Д.Р.
Ростов-на-Дону, 2000 
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ .. 6
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕ-ДОВАНИЯ 11
1.1. Влияние фибрового армирования на свойства бетонов 11
1.2. Полные диаграммы деформирования бетонов и их аналити¬ческое описание 17
1.3. Предельные деформации сжатия тяжелых и легких бетонов.. 21
1.4. Существующие методы расчета железобетонных колонн 23
1.5. Задачи исследования 29
2. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ, ДЕФОРМАТИВНОСТЬ И ТРЕ¬
ЩИНОСТОЙКОСТЬ КЕРАМЗИТОФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОН¬НЫХ КОЛОНН РАЗЛИЧНОЙ ГИБКОСТИ , 33
2.1. Программа экспериментальных исследований 33
2.2. Свойства использованных материалов и технология изготов¬ления опытных образцов 37
2.3. Конструкции образцов и методика испытаний 41
2.4. Определение основных прочностных и деформативных свой¬ств бетонов, армированных фиброй из ГБВ 49
2.5. Несущая способность и характер разрушения опытных ко¬лонн 56
2.6. Деформативность опытных колонн 66
2.6.1. Деформации бетона и арматуры 66
2.6.2. Кривизны и прогибы колонн... 68
2.7. Трещиностойкость опытных колонн 74
Выводы по главе 2 85
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ГИБКИХ КЕ- •
з
РАМЗИТОФИБРОЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН, ОСНОВАННЫХ
НА НОРМАТИВНОМ ПОДХОДЕ 87
З Л. Основные принципы л . 87
3.2. Совершенствование нормативного расчета прочности керамзи-тофиброжелезобетонных элементов 88
3.3. Учет работы арматуры класса А-Ш за физическим пределом те-кучести 92
3.4. Предложения по определению параметров жесткостей и кри¬визн гибких керВмзитофиброжелезобетонных колонн 93
3.4.1. Жесткость сечений при отсутствии трещин в растянутой
зоне 93
3.4.2. Коэффициент упругости бетона сжатой зоны колонн, ра-ботающих с трещинами 98
3.4.3. Определение коэффициента T's— 102
3.4.4. Предложения по назначению коэффициента Ч'ь 107
3.5. Совершенствование методов определения усилий трещинооб-разования керамзитофиброжелезобетонных колонн 109
3.5.1. Методика ядровых моментов 109
3.5.2. Итерационный метод с учетом влияния продольной силы. 111
3.5.3. Приближенная методика расчета 113
3.6. Определение ширины раскрытия нормальных трещин 115
3.7. Расчет гибких колонн по деформированной схеме с учетом
предложений автора 118
3.7.1. Особенности расчета 118
3.7.2. Результаты расчета опытных колонн 120
Выводы по главе 3 123
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА КОЛОНН С УЧЕТОМ ПОЛ-НЫХ ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ ДИАГРАММ ДЕФОРМИРО- РОВАНИЯ КЕРАМЗИТОФИБРОБЕТОНА 125
4.1. Исходные предпосылки 125
4.2. Полная диаграмма деформирования фибробетонов и ее реали¬зация в фиброжелезобетонных колоннах 126
4.2.1. Опытные диаграммы деформирования фибробетонов и
их аналитическое описание 126
4.2.2. Зависимость деформаций сжатия фибробетонов от раз¬личных факторов 129
4.2.3. Изменение деформаций растяжения фибробетонов в за-висимости от различных факторов 130
4.3. Метод итерациойно-шагового расчета фиброжелезобетонных колонн с учетом полных трансформированных диаграмм
"сть -Єь" фибробетона 133
4.4. Упрощенный метод определения прочности и трещиностой¬кости фиброжелезобетонных колонн 141
4.5. Анализ точности предлагаемых методов расчета. 143
Выводы по главе 4 145
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ЖЕЛЕЗОБЕ¬ТОННЫХ КОЛОНН ИЗ КЕРАМЗИТОФИБРОБЕТОНА.....- 147
5.1. Области наиболее рационального применения керамзитофиб¬ро бетонных колонн 148
5.2. Экономическая эффективность и надежность использования
предложенных методов расчета цри проектировании сжатых железобетонных элементов 154
5.3. Перепроектирование типовых железобетонных колонн с ис¬
пользованием фибрового армирования из ГБВ и их экономи¬ческая оценка 156
Выводы по главе 5 159
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 160
ЛИТЕРАТУРА 164
ПРИЛОЖЕНИЯ:
1. Акты о внедрении результатов работы 179
2. Расчет экономического эффекта от применения железобетон¬ных колонн из керамзитофибробетона на основе ГБВ 184

Список літератури

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Впервые получены экспериментальные данные о несущей спо-собности, трещиностойкости и деформативности гибких железобетонных колонн из керамзитофибробетона на основе ГБВ. Проанализировано влия¬ние на их работу гибкостй, относительного эксцентриситета внешней си¬лы, процентного содержания фибры из ГБВ и др. факторов.
2. Введение в бетон фибры из ГБВ привело к тому, что разруше¬ние в "закритической" стадии носило не хрупкий характер, как в обычных железобетонных элементах, а пластичный, по мере преодоления сопротив-ления базальтовых волокон пересекающих трещины. Несущая способность стоек с фиброй из ГБВ оказалась существенно выше (на 11-29%), чем об-разцов из обычного бетона.
3. Введение фибры из ГБВ увеличило призменную прочность бе-тона на тяжелом щебне на 9%, а конструктивного керамзитобетони - на 12%. Коэффициент перехода от кубиковой прочности к призменной был выше, чем у неармированных фиброй образцов. В фибробетонных призмах наблюдалось увеличение предельных деформаций sbR по -сравнению с призмами из обычного бетона на 12 (тяжелый заполнитель)...26% (керам-зитовый заполнитель). Коэффициент упругости vb у фибробетонов прочно-стью 25 МПа возрастал по сравнению с элементами без фибры в тяжелом бетоне на 11%, а в керамзитофибробетоне - 12,2%.
4. Установлено, что предельные деформации сжатия бетона и ар-матуры фиброжелезобетонных стоек были выше, чем у аналогичных об-разцов без фибр. В частности, при e0/h=0 при введении фибры значения єЬи в стойках на легком заполнителе возросли в 1,42 раза, а в тяжелом - в 1,19 раза. При внецентренном сжатии (e0/h=0,6) значения sbu достигли в керам-зитофибробетонных образцах - 3,66 10"3, а в аналогичных без фибр - 2,4 10"3. Значения asc в высокопрочной арматуре класса А-VI к моменту раз-
рушения достигли 520 МПа, значительно превышая нормируемые величи¬ны osc. •
5. Относительный уровень трещинообразования Ncrc/Nu в керам-зитофибробетонных колоннах был существенно выше, чем в элементах без фибрового армирования. С увеличением А* и eo/h эффект влияния фибро-вого армирования возрастает. Кривизны и прогибы керамзитофибробетон¬ных колонн выше, ширина раскрытия нормальных трещин ниже, чем в аналогичных элементах без фибры.
6. Разработаны предложения по совершенствованию расчета прочности фиброжелезобетонных элементов, позволяющие учитывать действительное напряженно-деформированное состояние элементов при разрушении, повышенные прочностные характеристики фибробетонов, фактические напряжения в растянутой и сжатой арматуре. Дана методика учета работы арматуры класса A-III за пределом текучести.
7. Предложены рекомендации по определению жесткости сече¬
ний без трещин внецентренно сжатых фиброжелезобетонных элементов с учетом уровня нагружения, механических характеристик материалов и др. факторов. . , '
8. Даны рекомендации по уточнению значений коэффициентов |/s и рь Для внецентренно сжатых колонн из керамзито- и керамзитофиб-робетона. Предложены формулы для определения коэффициентов упруго¬сти сжатой зоны сечений с трещинами, учитывающие уровень внешней на-грузки.
9. Рекомендуется усилия трещинообразования керамзитофибро-железобетонных колонн определять по уравнениям статики с учетом влия-ния продольных сил, изменения механических характеристик бетона при введении фибры из ГБВ. Разработана упрощенная методика определения усилий трещинообразования, учитывающая влияние основных факторов
на уровень напряжений в бетоне перед образованием трещин, которая обеспечивает хорошую сходимость опытных и теоретических данных.
10. Предлагается ширину раскрытия нормальных трещин в керам-зите- и керамзитофиброжелезобетонных колоннах определять по формуле норм с учетом поправочных коэффициентов, вычисляемых по разработан¬ной методике.
11. Получены опытным путем полные с нисходящими ветвями диаграммы деформирования легких и тяжелых фибробетонов, даны пред-ложения по уточнению аналитического описания диаграмм, обеспечиваю-щие хорошую сходимость с опытными данными.
12. Предлагаются корреляционные зависимости для определения максимальных реализованных деформаций сжатия Єьи в зависимости от от-носительной высоты сжатой зоны при разрушении. Максимальные реали-зованные деформации растяжения керамзитобетона Єьш во внецентренно сжатых железобетонных колоннах существенно возрастают с увеличением процентного содержания фибры |if. Предложены рекомендации по назна-чению величин Sbtu керамзите- и керамзитофибробетона.'
13. Предложен шагово-итерационный метод расчета прочности и трещиностойкости фиброжелезобетонных колонн на основе полных диа-грамм "сгь - Єь” и "(Ты - Вы" трансформированных в зависимости от процент¬ного содержания фибры из ГБВ, реализованный в программе расчета на ЭВМ.
14. Разработаны упрощенные методы определения прочности и трещиностойкости фиброжелезобетонных колонн, учитывающие полные трансформированные диаграммы деформирования бетона.
15. Анализ показал хорошую сходимость всех разработанных ме-тодов расчета прочности и трещиностойкости с опытными данными. Наи-лучшие результаты достигнуты при расчете шагово-итерационным мето¬дом с учетом полных трансформированных диаграмм "сь(Ы) - £ь(Ы)"-
16. На основании опытных данных и численных экспериментов определены условия наиболее рационального использования керамзито-фиброжелезобетонных колонн. Построены области прочности элементов и определено влияние на них фибрового армирования.
17. Перепроектированы типовые железобетонные колонны на эле-менты из керамзитофибробетона на основе ГБВ, армированные обычной и высокопрочной сталью. Экономический эффект составил 40,68...85,3 руб. на куб. м.