Прочность и трещиностойкость изгибаемых конструкций из бетона с компенсированной усадкой при действии поперечных сил Паньков, Евгений Николаевич

Введение к работе

Актуальность работы.

Среди используемых в строительстве конструктивных материалов ведущее место занимает железобетон, что объясняется наличием у него таких положительных свойств, как долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных воздействий, высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам, а также относительно невысокая стоимость и практически неисчерпаемая сырьевая база.

Наряду с положительными свойствами, бетон обладает также отрицательными: усадкой, низкой прочностью при растяжении, ползучестью и др. Усадочные напряжения, возникающие в цементном камне, вызывают развивающиеся во времени усилия, стремящиеся уменьшить его объем. Это, в конечном счете, приводит к снижению прочности бетона при растяжении и сжатии, нарушению сцепления арматуры с бетоном и, как следствие, ухудшению водонепроницаемости, морозостойкости и других важных физико-механических характеристик материала, от которых зависит долговечность и надежность работы конструкции.

Полную компенсацию усадки и ее отрицательных последствий можно достичь применением расширяющихся и напрягающих цементов.

Расширяющиеся цементы (РЦ) - это вяжущие, которые, в отличие от

традиционного (усадочного) цемента, в процессе твердения увеличиваются в

объеме. Напрягающими цементами (НЦ) называются такие расширяющиеся

цементы, которые обладают значительной химической энергией расширения

и способны без разрушения или ослабления бетона конструкции в процессе

твердения самонапрягать железобетон, т.е., расширяясь, натягивать

арматуру, получая при этом собственное о&ягатш» бетона. При этом в

конструкции возникает преднапряжение. библиотека

CMtrtofypr і

Самонапряжение бетона зависит от расхода напрягающего цемента и от марки НЦ по самонапряжению, при этом наибольший эффект достигается при эксплуатации конструкций в воде или в условиях повышенной влажности, когда усадка практически не проявляется. Проведенные исследования показывают, что в целом ряде случаев нет необходимости стремиться к получению значительного самонапряжения в бетоне, а достаточно лишь нейтрализовать негативное влияние усадки, что достигается в бетонах с низкой энергией расширения, которой достаточно для компенсации усадочных деформаций.

Бетоны с ненормированной величиной самонапряжения, в которых расширяющееся вяжущее применяется не с целью получения самонапряжения, а для устранения отрицательных последствий усадки и повышения физико-механических и эксплуатационных характеристик материала, называют бетонами с компенсированной усадкой. Бетоны с компенсированной усадкой отличаются от напрягающих бетонов способом подбора состава. Для напрягающих бетонов состав подбирают, исходя из требуемой величины самонапряжения, которая нормируется и учитывается при расчете конструкций. Результатом такого подхода является больший расход цемента для приготовления бетонной смеси, чем требуется для обеспечения необходимой прочности бетона. Состав бетона с компенсированной усадкой подбирается из условия получения требуемой прочности без учета величины самонапряжения, т.е. как для обычного тяжелого бетона. Бетон с компенсированной усадкой имеет ряд отличий от обычного тяжелого бетона: компенсацию усадочных деформаций (напряжений), повышенную деформативность при сжатии и растяжении, повышенную прочность на растяжение, повышенную морозостойкость и водонепроницаемость.

Существующая нормативная литература, касающаяся вопросов применения и расчета железобетонных конструкций из бетонов на напрягающем цементе («Пособие по проектированию самонапряженных железобетонных конструкций» к СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»), касается самонапряженных конструкций, в которых величина самонапряжения бетона учитывается в расчетах.

Применимость методики норм для расчета конструкций из бетона с компенсированной усадкой исследовалась только для нормальных сечений.

Целенаправленных исследований работы приопорной зоны изгибаемых конструкций из бетонов с компенсированной усадкой при действии поперечных сил не проводилось. В связи с этим, является актуальным проведение экспериментальных и теоретических исследований прочности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов из бетона с компенсированной усадкой при действии поперечных сил.

Цель работы. Исследование прочности и трещиностойкости наклонных сечений изгибаемых конструкций из бетона с компенсированной усадкой при совместном действии изгибающего момента и поперечных сил и разработка предложений по их расчету.

В соответствии с данной целью были поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследована прочность и трещиностойкость наклонных сечений железобетонных однопролетных балок из бетона с компенсированной усадкой в сравнении с аналогичными из обычного тяжелого бетона с учетом влияния основных факторов:

коэффициента продольного армирования /4;

прочности бетона Яь и величины самонапряжения S_p;

относительного пролета среза a/ho;

рабочей высоты сечения h₀;

- величины предварительного напряжения продольной арматуры cr_sp.

1. Оценена приемлемость формул СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» для расчета прочности по наклонному сечению и трещиностойкости изгибаемых конструкций из бетона с компенсированной усадкой.

2. Разработаны предложения по расчету прочности и трещиностойкости наклонных сечений конструкций из бетонов с компенсированной усадкой.

Научная новизна. Впервые проведены комплексные

экспериментальные исследования, направленные на изучение работы наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов из бетона с компенсированной усадкой, в результате которых получены новые данные о работе наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов из бетона с компенсированной усадкой при изменении конструктивных факторов и свойств бетона: коэффициент продольного армирования (/4), прочности бетона (/) и величины самонапряжения бетона (5Д относительного пролета среза (a/ho), рабочей высоты сечения (h₀), величины предварительного напряжения арматуры (и^)-

Практическое значение Разработана поправка к нормам проектирования (СП 52-101-2003) по расчету наклонного сечения по изгибающему моменту при расчете как элементов из обычного тяжелого бетона, так и элементов из бетона с компенсированной усадкой.

Разработана поправка к нормам проектирования (СП 52-101-2003) по расчету момента образования нормальных трещин образцов из бетона с компенсированной усадкой.

Автор защищает:

обоснование и выбор конструкции экспериментальных образцов;

методику проведения экспериментальных исследований;

результаты экспериментальных исследований работы наклонных сечений железобетонных изгибаемых элементов из бетона с компенсированной усадкой в принятом диапазоне изменения конструктивных факторов и свойств бетона;

предложения по расчету прочности по наклонным сечениям и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов из бетона с компенсированной усадкой;

предложения по расчету наклонного сечения на действие изгибающего момента элементов из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры.

Апробация работы.

Результаты диссертации были опубликованы в трех печатных работах, доложены на секции НТС НИИЖБ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе и списка используемой литературы. Общий объем работы - 160 страниц, 17 таблиц, 44 рисунка. Список используемой литературы содержит 111 наименований.