Введение к работе
Актуальность темы Объем производства преднапряженного железобетона в России за последние десятилетия снизился более чем в 10 раз, а обычного железобетона- в 6 раз.
В силу существенного удорожания напрягаемой высокопрочной арматуры классов A600(A-IV)...AT1000(AT-VI) и снижения ее выпуска, преднапряжение ею в настоящий момент не в состоянии решать проблемы капитального строительства.
Одним из вариантов альтернативного решения является использование в качестве напрягаемой арматуры мягких сталей с физическим пределом текучести) классов А400, А400С, А500С, А600С. Эффективность их применения сопоставима с арматурой класса А-Шв, но не требует в отличие от нее дополнительных затрат на упрочнение вытяжкой. Что же касается мягкой арматуры повышенной прочности А500С и А600С, то она вообще по своим прочностным показателям находится на уровне высокопрочной A600(A-IV), АтбООС (At-IV).
Использование в преднапряжении мягких сталей взамен и наряду с высокопрочными в силу лучшего сопротивления динамическим воздействиям, более высокой коррозионной стойкости под напряжением, меньшей восприимчивости к воздействию высоких температур, более высоким критическим порогам оптимальных температур электронагрева и существенно большим объемам производства принесет значительную пользу в конструкциях массового жилищно-гражданского и промышленного строительства.
В связи с этим, актуальными и важными задачами строительной науки в этой области являются: изучение свойств стержневой свариваемой арматуры из мягких сталей диаметром 8+40 мм нового поколения с пределами текучести 400+600 МПа; исследование ее механических и реологических свойств при нормальной и повышенных переменных температурах, с учетом особенностей технологий изготовления конструкций (естественное твердение и пропаривание, агрегатно-поточная и стендовая технологии изготовления).
Ряд исследований в области преднапряженного железобетона свидетельствует, что преднапряжение в сочетании с рациональной технологией изготовления железобетонного элемента может заметно улучшить эксплуатационные свойства напрягаемой высокопрочной или обычной арматуры - увеличивать ее пределы упругости и текучести, повышая тем самым их несущую способность, деформативность и трещиностойкость.
Цель работы - экспериментально и теоретически доказать возможность и рациональность использования мягких арматурных сталей классов А400, А400С, А500С и А600С в качестве преднапряженной арматуры железобетонных элементов, вьивить и оценить расчетным путем эффективные технологии их изготовления и взаимосвязь с напряженно-деформированным состоянием конструкций на всех стадиях их работы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
установить закономерности изменения механических свойств напрягаемых мягких арматурных сталей при натяжении механическим и электротермическим способами с величиной преднапряжения на площадке текучести (ПТ) и разработать способы их расчетной оценки;
исследовать динамику изменения напряженно - деформированного состояния напрягаемой электротермическим способом арматуры по всей ее длине (упор-опалубка-упор) на всех стадиях изготовления преднапряженных железобетонных элементов;
изучить особенности работы мягких арматурных сталей в изгибаемых преднапряженных железобетонных элементах при кратковременных однократных статических нагрузках;
разработать расчетные и практические рекомендации по применению мягких арматурных сталей классов А400, А400С, А500С и А600С в преднапряженных железобетонных конструкциях.
Автор защищает:
- результаты экспериментально-теоретических исследований НДС
арматуры из мягких сталей и потерь напряжений в ней при величине
преднапряжения на площадке текучести с учетом особенностей изготовления
преднапряженных конструкций в естественных условиях и при пропарке, по
стендовой и агрегатно-поточной технологиям;
расчетные методы оценки прочности, деформативности и трещиностойкости изгибаемых преднапряженных железобетонных элементов с мягкими арматурными сталями при величине преднапряжения на площадке текучести с учетом новых, изменившихся показателей механических свойств, а также способа преднапряжения арматуры и технологии изготовления элемента;
- результаты экспериментальных исследований механических свойств и
потерь преднапряжения сталей классов А400, А400С, А500С, и А600С при
нормальных и повышенных (до 600С) температурах;
- рекомендации по рациональному назначению координат точки
преднапряжения на площадке текучести диаграммы деформирования арматуры.
Научная новизна работы:
- доказана возможность и эффективность использования мягких
арматурных сталей классов А400, А400С, А500С и А600С в качестве
преднапряженной арматуры железобетонных элементов;
предложен расчетно-аналитический подход к оценке НДС и потерь преднапряжения мягких арматурных сталей при различных температурных режимах и технологиях изготовления железобетонных конструкций;
выявлены и оценены расчетным путем эффективные технологии изготовления железобетонных преднапряженных элементов с мягкими арматурными сталями и их взаимосвязь с напряженно-деформированным состоянием конструкций на всех стадиях работы;
- разработаны рекомендации по рациональному назначению координат
точки преднапряжения на площадке текучести диаграммы деформирования
арматуры.
Практическое значение работы и реализация результатов работы.
Установлены закономерности изменения механических свойств мягких арматурных сталей с величиной преднапряжения на площадке текучести при различных способах их преднапряжения. Получены новые экспериментальные данные об НДС и потерях преднапряжения мягких арматурных сталей классов А400, А400С, А500С и А600С при различных температурньи режимах, и технологиях изготовления железобетонных элементов. Исследованы прочность, деформативность и трещиностойкость преднапряженных железобетонных элементов с мягкими арматурными сталями классов А400, А400С, А500С и А600С.
Осуществлено практическое внедрение преднапряженных настилов пролетами З....9м с мягкими сталями классов А400, А400С, А500С и А600С на свыше 100 объектах ОАО "Флагман" Комбината объемного домостроения (г. Волжский, Волгоградская область) в объеме свыше 16000 м3 в год.
С участием автора в КГБ НИИЖБ (Волгоградский филиал) разработаны 2 альбома типовых рабочих чертежей пустотных плит перекрытий ПН.21.02.03 КЖИ и ПН.19.01.06 ОСИ на базе действующих серий 1.141 - 10; 1.468 - БС; 1.241-1; 83 с заменой высокопрочной напрягаемой арматуры классов Ат -V (Ат 800) на арматуру класса А - Ш (А 400) и бетона класса В20 на В15.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены сходимостью результатов испытаний; сопоставимостью результатов лабораторных и опытно-производственных исследований; использованием современных приборов и поверенного оборудования; экспериментально-статистическими методами математического планирования эксперимента и теорией математической статистики.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на: VII Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2003); Ш Международной научно-технической конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и
практика» (Пенза, 2004); П Всероссийской (международной) конференции по проблемам бетона и железобетона «Бетон и железобетон - пути развития» (Москва, 2005); внутривузовской научно-технической конференции ВолГАСУ (Волжский, 2008).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, в том числе в 2 рекомендуемых ВАК научных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной материал диссертации изложен на 148 страницах компьютерного текста и содержит 41 рисунок, 28 таблиц и список литературы из 145 наименований.
