Введение к работе
Актуальность работы. В строительной индустрии в настоящее время активно применяются различные виды неметаллической фибры, одним из них являются фибры из базальтовых волокон. Первые исследования в этом направлении были выполнены в нашей стране, при этом необходимость их была обусловлена обширными запасами, дешевизной сырья и относительно несложной технологией получения базальтовых волокон.
Исследования отечественных ученых показали, что прочность фибробе-тонов на основе базальтовых волокон на сжатие превышала прочность неарми-рованных образцов на 30 ч- 40%, а в случае осевого растяжения прочность увеличивается в 3,4-=-4 раза, предельная сжимаемость вырастает на 30 ч- 45%, а предельная растяжимость - в 2 раза. Деформации ползучести при сжатии снижаются на 25 ч- 40%, а при растяжении уменьшаются в 3 ч- 4 раза. С увеличением количества базальтовых волокон величина модуля упругости композита снижается на 5 ч- 15% в сравнении с обыкновенным мелкозернистым бетоном. При уровне нагрузки 0,8 ч- 0,9 Rb величина коэффициента упругости Vb изменяется в пределах 0,94 ч- 0,91,превышая значение, принятое в нормах в 2 раза.
Наиболее оптимальным является процент фибрового армирования jj,f=10%. Вместе с тем, несмотря на высокую эффективность бетонов с базальтовым волокном, многие вопросы расчета и проектирования таких конструкций остались не исследованы. Так, практически, не изучены несущая способность, трещиностойкость и деформативность фиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием. Не определено влияние немногократно повторных нагружений на работу таких конструкций. Требуют значительной корректировки нормативные положения расчета. Не изучено влияние арматуры класса А800 на диаграмму деформирования керамзитофибробетона. Необходимо уточнение методов расчета прочности и деформативности керамзитофиброжелезобетон-ных колонн с учетом трансформированных диаграмм деформирования бетона.
Этим и некоторым другим малоизученным вопросам посвящена представленная диссертационная работа.
Цель диссертационной работы: исследовать работу внецентренно-сжатых гибких керамзитофибробетонных колонн со смешанным армированием высокопрочной сталью при однократных и немногократно повторных нагруже-ниях, усовершенствовать нормативные расчеты таких конструкций, а также расчеты с учетом полных трансформированных диаграмм деформирования ке-рамзитофибробетона.
Автор защищает:
новые экспериментальные данные о несущей способности, деформатив-ности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием; анализ влияния на их работу при однократном и немногократно повторном нагружении коэффициента преднапряжения, гибкости и относительного эксцентриситета внешней силы;
полученную экспериментальным путем полную с нисходящей ветвью диаграмму "аь-єь" керамзитофибробетона при сжатии и аналитическую зависимость по описанию этой диаграммы;
рекомендации по определению максимальных реализованных деформаций сжатия и растяжения керамзитофибробетона от относительного эксцентриситета, гибкости и коэффициента преднапряжения;
разработанные предложения по усовершенствованию расчета прочности керамзитофиброжелезобетонных элементов, которые позволяют учесть реальное напряженно-деформированное состояние внецентренно сжатых элементов при разрушении и влияние преднапряжения на свойства керамзитофибробетона;
рекомендации по совершенствованию упрощенной методики определения трещинообразующих усилий с влиянием основных факторов на значение напряжений перед образованием трещин;
предложения по определению жесткостей и кривизн железобетонных колонн из керамзитофибробетона на всех стадиях работы;
методики определения напряженного состояния от действий предварительного напряжения и расчета прочности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием с использованием
трансформированных диаграмм деформирования материалов;
- разработанную приближенную методику учета реализации нисходящей
ветви диаграммы деформирования керамзитофибробетона при расчете прочно
сти и трещиностойкости колонн.
Достоверность научных положений и выводов, касающихся расчета керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием подтверждается научной обоснованностью и статической надежностью при обработке большого количества результатов тщательно проведенных экспериментов.
Научная новизна работы:
впервые получены экспериментальные данные о работе керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием при однократном и немногократно повторном воздействии с широким варьированием гибкости, относительного эксцентриситета внешней силы и коэффициента армирования;
установлено влияние на характер разрушения, несущую способность, деформации, кривизны и прогибы, усилия трещинообразования и ширину раскрытия трещин коротких (^h=8) и гибких (къ=25) керамзитофиброжелезобетонных колонн различных коэффициентов преднапряжения при центральном и внецентренном сжатии;
разработаны на основе данных эксперимента аналитические зависимости по описанию диаграмм деформирования керамзитофибробетона при сжатии;
опытным путем установлено влияние на максимальные реализованные деформации керамзитофибробетона при сжатии и растяжении коэффициента преднапряжения и эксцентриситета внешней силы; предложены расчетные рекомендации по определению этих параметров;
получены усовершенствования расчета керамзитофиброжелезобетонных колонн, которые учитывают реальное напряженно-деформированное состояние при разрушении, влияние преднапряжения и фактические напряжения в арматуре растянутой и сжатой зон;
получена упрощенная методика определения трещинообразующих уси-
лий при учете влияния основных факторов на значения напряжений перед образованием трещин и даны расчетные рекомендации по усовершенствованию методики определения жесткостей и кривизн керамзитофиброжелезобетонных колонн на всех стадиях работы;
разработан метод расчета напряженного состояния и метод определения прочности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, в основу которых положены трансформированные диаграммы деформирования материалов;
разработана упрощенная методика реализации диаграмм деформирования керамзитофибробетона при расчете колонн по прочности и трещиностойкости.
Практическая ценность работы
Разработаны практические рекомендации по расчету и проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, которые включают в себя влияние на несущую способность таких конструкций коэффициента преднапряжения, гибкости, эксцентриситета внешней силы, аналитическое описание диаграммы деформирования керамзитофибробетона, методики определения напряженно-деформированного состояния керамзитофиброжелезобетонных конструкций от действия предварительных усилий и внешней нагрузки.
Внедрение разработанных рекомендаций позволяет повысить надежность и эффективность керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием.
Внедрение результатов работы
Рекомендации по проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием используются в проектной практике в проектных организациях ООО «Севкавнипиагропром», ОАО «Ростовгражданпро-ект» и др.
Результаты исследований автора внедрены также в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете. Они включены в лекционные курсы по железобетонным конструкциям, в спецкурс, дипломное
проектирование и научно-исследовательскую работу студентов.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета «Строительство-2000», «Строительство-2003», «Строительство-2005», «Строительство-2007», «Строи-тельство-2011» Ростовского государственного строительного университета в 2000...2011 гг.
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации были опубликованы в 15 печатных работ, из них 4 в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАКом РФ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах, содержит 10 таблиц, 12 рисунков, библиографический список из 131 наименования.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре железобетонных и каменных конструкций ФГБОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет под руководством доктора технических наук, профессора Д.Р. Ма-иляна и кандидата технических наук, профессора П.П. Польского.
