Введение к работе
Актуальность темы. Последние десятилетия проявляется все больший интерес к исследованию фибробетонов для изготовления строительных конструкций различного назначения. Фибробетоны представляют собой строительный композиционный материал, на основе бетонной матрицы, армированной отрезками тонкого стального или нестального (стеклянного, минерального) волокна - фибрами. Особый интерес представляют фибробетоны, армированные минеральными волокнами, главные достоинства которых -дешевое природное сырье и достаточно высокие прочностные характеристики. Наличие в бетоне минеральных волокон увеличивает прочность, жесткость и трешиностойкость конструкций, их морозо- и ударную стойкость, сопротивление усадке, ползучести и другие важнейшие характеристики.
Исследования показывают, что более эффективно введение минеральных волокон в легкие бетоны, в частности в керамзитобетон. В связи с этим большой интерес представляют исследования свойств керамзитофибробетона и конструкций на его основе.
Исследования, проведенные в НИИЖБе, НИИСКе, КИСИ, РГСУ, ВИТИ Агростроя, показали, что свойства базальтофибробетонов существенно зависят от технологии приготовления композитов и физико-механических свойств исходных материалов. Эти исследования позволили установить значительное улучшение (по сравнению с обычными бетонами) ряда важнейших характеристик фибробетонов с использованием грубого базальтового волокна (ГБВ). В частности, прочность на осевое растяжение повышается в 1,2-2 раза, а на сжатие - в 1,2 - 1,3 раза. Деформации усадки и ползучести при сжатии снижаются на 20% - 40%.
Несмотря на очевидные преимущества фибробетонов с ГБВ, работа железобетонных конструкций на их основе, а также методы расчета и проектирования таких конструкций исследованы недостаточно.
Кроме того все исследования относятся к железобетонным конструкциям, армированным, как правило, сталью не имеющей предварительного напряжения. Вместе с тем известно, что рациональное сочетание предварительно напряженной и ненапрягаемой стали в железобетонных конструкциях может быть весьма эффективно.
Учитывая, что сжатые железобетонные элементы составляют почти четверть общего объема конструкций вопросы их рационального проектирования являются весьма актуальными.
В связи с этим настоящая диссертационная работа, посвященна исследованию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, усовершенствование методов расчета и проектирование которых существенно повышает их надежность и экономичность.
Цель диссертационной работы: Разработка рекомендаций по проектированию рациональных керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием на основе результатов обширных численных эксперимен-
тов, выполненных по предложенной программе с учетом откорректированных формул норм.
Автор защищает:
результаты исследований влияния различных факторов на несущую способность, деформативность и трещиностойкость керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием;
рекомендации по назначению наиболее рациональных соотношений предварительно растянутой, предварительно сжатой и ненапрягаемой арматуры в керамзитофиброжелезобетонных колоннах при различных процентах фибрового армирования, гибкости конструкций, относительных эксцентриситетах внешней силы, размерах поперечных сечений;
результаты исследования нормативных ограничений прогибов и ширины раскрытия трещин на расчетную несущую способность керамзитофиброжелезобетонных колонн с различными сочетаниями предварительно сжатой, предварительно растянутой и ненапрягаемой арматуры;
рекомендации по усовершенствованию нормативных методов расчета прочности, деформативности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн;
программу расчета прочности, деформативности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, основанную на использовании действительных диаграмм деформирования высокопрочной стали в явном виде, учете изменения свойств арматуры и керам-зитофибробетона после предварительных силовых воздействий, учете откорректированных формул норм по определению кривизны, прогибов и усилий трещинообразования.
Научная новизна работы:
на основе широкомасштабного численного эксперимента исследовано влияние параметров керамзитофиброжелезобетонных элементов и условий экспериментального нагружения на несущую способность, деформативность и трещиностойкость керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием;
разработаны рекомендации по назначению рациональных соотношений предварительно растянутой, предварительно сжатой и ненапрягаемой арматуры в керамзитофиброжелезобетонных колоннах при различном проценте фибрового армирования, гибкостях конструкции, размерах поперечных сечений;
определено влияние нормативных ограничений прогибов и ширины раскрытия трещин на расчетную несущую способность керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием;
предложены рекомендации по совершенствованию нормативных методов расчета прочности, деформативности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн;
разработана программа расчета прочности, деформативности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонных колонн, армированных предварительно растянутой, предварительно сжатой и ненапрягаемой арма-
турой, основанная на использовании действительных диаграмм деформирования высокопрочной стали и их изменений под влиянием предварительного напряжения, учете изменения свойств керамзитофиброжелезобетона после предварительных силовых воздействий, откорректированных формул норм по определению кривизн, прогибов и усилий трещинообразований.
Достоверность разработанных рекомендаций и предложений по рациональному проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием подтверждается обработкой опытных данных различных авторов, а также результатов обширного численного эксперимента.
Практическое значение и внедрение результатов работы
Разработаны практические рекомендации по проектированию и расчету рациональных керамзитофиброжелезобетонных колонн со смешанным армированием, предложена программа расчета по деформированной схеме с учетом откорректированных формул норм.
Использование разработанных рекомендаций по назначению рациональных соотношений различных видов арматуры в керамзитофиброжелезобетонных колоннах со смешанным армированием позволяет проектировать также конструкции более рационально.
Рекомендации по рациональному проектированию керамзитофиброжелезобетонных колонн переданы в территориальный проектный и научно-исследовательский институт «СевкавНИПИагропром» для использования в практической работе.
Разработаные программа расчета керамзитофиброжелезобетонных колонн и рекомендации по их рациональному проектированию приняты для использования в фирмой ВАСО CONSTRU COESLDA и техническим департаментом Министерства государственного и жилищного строительства Республики Мозамбик.
Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете - они включены в программу специального курса железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 научных статьях.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета в 2002...2004 гг.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 161 наименования и приложений. Она содержит 122 страницы машинописного текста, 4 таблицы и 48 рисунков.
Диссертационная работа выполнена в Ростовском государственном строительном университете под руководством доктора технических наук, профессораД.Р. Маиляна.
