Введение к работе
Актуальность. Фибробетоны представляют собой одну из разновидностей композиционных материалов, которые получают в настоящее время все большее распространение. 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 трещиностойкость конструкций, их морозо- и ударную стойкость, сопротивление усадке, ползучести и другие важнейшие характеристики.
Особую роль играет введение минеральных волокон в легкие бетоны. в частности в такой распространенный их вид как керамзитобетон.
В связи с этим, большой интерес представляют исследования свойств керамзитофибробетона и напряженно-деформированного состояния керамзи-тофиброжелезобетонных элементов с комбинированным армированием - традиционным стальным с полным или частичным преднапряжением и дисперсным неметаллическим фибровым. Так как фибровое армирование повышает прочность и трещиностойкость растянутого бетона, в фиброжелезобе-тонных элементах появляется возможность использовать высокопрочную арматуру без преднапряжения.
Существующне нормативные методы расчета железобетонных элементов по предельным состояниям не учитывают или учитывают не в полной мере работу растянутого бетона. Однако при фибровом армировании прочность бетона на растяжение увеличивается, что дает основание учитывать его в расчетах. Недостаточно изучено в настоящее время и повышение характеристик керамзитофибробетона в зависимости от содержания в нем фибр, его усадка, ползучесть и другие конструктивные параметры.
Этим и другим малоизученным вопросам и посвящена настоящая работа. Решение их позволит повысить эффективность керамзитoфиброжeлeзo-бетонных изгибаемых элементов, способствовать их расширенно\гу внедрению в практику строительства.
4 Цель диссертационно» работы;
- исследовать физико-механические свойства, конструктивные и экс
плуатационные параметры и характеристики керамзитофибробетона с раз
личными процентами фибрового армирования грубым базальтовым волокном
и работу железобетонных изгибаемых элементов из него с ненаггрягаемой,
частично и полностью преднапряженной высокопрочной арматурой; предло
жить методы расчетной оценки их прочности, деформативности и трещино-
стойкости; изучить возможности сочетания линейного и фибрового армирова
ния
Автор защищает:
результаты экспериментальных исследований конструктивного ке-рамзитобетона и керамзитофиброжелезобетона на грубом базальтовом волокне;
результаты статистической обработки полученных опытных данных и рекомендованные значения нормативных и расчетных сопротивлений керамзитофибробетона по первой и второй группам предельных состояний;
- результаты экспериментальных исследований работы керамзито-
фиброжелезобетонных изгибаемых элементов с ненапрягаемой, частично и
полностью преднапряженной высокопрочной арматурой;
аналитические зависимости для определения прочностных и дефор-мативных характеристик конструктивного керамзитофибробетона в зависимости от процента содержания в нем фибр, а также его усадки, ползучести, усадочной трещиностойкости и длины зоны анкеровки;
расчет прочности нормальных сечений керамзитофиброжелезобе-тоHHыx изгибаемых элементов с учетом работы'растянутой зоны бетона и растянутой арматуры за условным пределом текучести;
способ расчетной оценки трещиностойкости керамзитофиброжеле-зобетонных изгибаемых элементов;
учет свойств и характеристик конструктивного керамзитофибробетона в расчетах деформативности и ширины раскрытия трещин по СНиП.
5 Научная новизна:
получены новые экспериментальные данные о сопротивлении конструктивного керамзигофиброжелезсбетона с различными процентами армирования грубым базальтовым волокном осевому сжатию, осевому растяжению, растяжению при изгибе и раскалывании;
впервые получены данные по усадке, ползучести, усадочной трещи-ностойкости керамзитофибробетона, длины зоны передачи преднапряжения в нем, даны рекомендации по их расчетному определению;
даны практические рекомендации по рациональному диапазону изменения процента фибрового армирования керамзитофибробетона;
получены новые экспериментальные данные о сопротивлении ке-рамзитофиброжелезобетонных изгибаемых элементов с различным процентом армирования и коэффициентом преднапряжения стальной арматуры;
выявлены возможности фибрового армирования как способа снижения расхода и понижения уровня преднапряжения стальной арматуры;
предложены зависимости для описания прочностных и деформа-тивных характеристик конструктивного керамзитофибробетона и его полных диаграмм "ст - е" при сжатии и растяжении;
разработан расчет прочности нормальных сечений керамзитофиб-рожелезобетонных изгибаемых элементов с учетом работы бетона растянутой зоны сечения и высокопрочной арматуры за условным пределом текучести;
предложен способ расчетной оценки момента образования трещин в керамзитофиброжелезобетонных балках;
проведено уточнение различных коэффициентов в расчетах дефор-мативности и трещиностойкости в рамках расчетных методик СНиП.
Достоверность разработанных рекомендаций и методов расчета подтверждается результатами статистической обработки опытных данных автора.
Практическое значение и внедрение результатов. На основании выполненных исследований разработаны практические рекомендации по определению прочностных, деформативных характеристик и диаграмм деформирования конструктивного керамзитофибробетона. а также по расчету
прочности, деформативности и трещиностойкости изгибаемых ке-рамзитофиброжелезобетонныхэлемеигов.
Разработанные рекомендации позволяют более точно оценить сопротивление керамзигофибробетона и керамзитофиброжелезобетонных изгибаемых элементов силовым воздействиям, снижать расход и уровень предна-пряжения стальной арматуры в них.
Разработанные рекомендации приняты Всероссийским научно-исследовательским центром "Строительство" (НИИЖ&^иЩМОС+НИИСХТОдля использования при подготовке новых нормативных документов, а также использованы институтом "СевкавНИПИагропром" в нормативном документе регионального значения - "Рекомендациях по расчету и проектированию железобетонных конструкций из керамзигофибробетона с фибровым армированием базальтовым волокном" (Ростов-на-Дону, 1996).
По результатам испытаний автора на Соколовском заводе ЖБИ освоен выпуск натурных фиброжелезобетонных конструкций - колец смотровых колодцев, что дало экономию бетона в среднем до 20% и арматуры до 15%.
Произведено внедрение результатов работы в практику проектирования натурных фиброжелезобетонных конструкций в строительных фирмах.
Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс в Рос-товском-на-Дону государственном строительном университете. Ростовском государственном архитек1урном институте, Новочеркасском государственном техническом университете. Воронежской государственной архитектурно-строительной академии и Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии - они включены в программы курсов железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в семи статьях автора, а также в двух научно-технических отчетах РГАС и СевкавНИПИагропрома.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной научно-технической конференции (Ростов-на-Дону, 1995), на заседании секции железобетона Ростовского областного управления НТО стройиндустрии
7 (Ростов-на-Дону, 1996), на научно-технических конференциях РГАС - РГСУ и СевкавНИПИагропрома в 1995...97 гг.
Работа выполнялась в соответствии с общероссийской научно-технической программой "Архитектура и строительство" в 1994... 1997 гг.