Введение к работе
Актуальность темы. В области капитального строительства ускорение научно-технического прогресса и повышение эффективности достигается как поиском новых, так и совершенствованием известных материалов, конструктивных решений и методов расчета. Сжатые железобетонные элементы составляют почти четверть общего объема железобетонных конструкций, поэтому вопросы их рационального проектирования и расчета являются весьма актуальными.
В последние годы в России и за рубежом проявляется все больший интерес к примененшо фибробетоноа для изготовления строительных конструкций различного назначения. Дисперсное армирование различными волокнами-фибрами, равномерно распределенными в объеме бетона, осуществляется с целью улучшения его физико-механических свойств. К таким свойствам относятся повышенная прочность и связанная с ней трещиностойкость при растяжении, более высокая ударная вязкость, морозостойкость, возможность в ряде случаев отказаться от полного или частичного преднапряжения высокопрочной стальной арматуры.
Отечественный и зарубежный опыт применения фибробетонов в основном основывался на использовании металлических фибр, однако, учитывая их высокую стоимость и опасность коррозии, в последние годы предпочтение отдается неметаллическим волокнам природного происхождения. Среди них наиболее перспективным является грубое базальтовое волокно (ГБВ).
Ранее проведенные исследования в РГСУ, НИИСКе и КИСИ (Украина) позволили установить значительное улучшение (по сравнению с обычными бетонами) ряда важнейших характеристик фибробетонов с использованием ГБВ. В частности, прочность на осевое растяжение повышается в 1,5 - 2 раза, а на сжатие - в 1,2 - 1,3 раза. Деформации усадки и ползучести при сжатии снижаются на 20 - 40%.
Особенно эффективно дисперсное армирование ГБВ керамзитобетонов, так как при перемешивании бетонной смеси округлые зерна керамзита повреждают базальтовые волокна в меньшей степени, чем щебень неправильной формы. Кроме того, модули упругости керамзита и волокон близки по численным значениям.
Несмотря на очевидные преимущества фибробетонов с ГБВ работа железобетонных конструкций на их основе, а также методы расчета и проектирования таких конструкций исследованы недостаточно. Так, практически не изучены несущая способность, деформзтивность и трещиностойкость фиброжелезо-
бетонных колони на основе ГБВ. Требуют существенной корректировки ней торые нормативные положения расчета в части определения параметров жест костей и кривизн, усиляй трещинообразования, ширины раскрытия нормалі них трещин. Не разработаны методы расчета гибких фиброжелезобетонны стоек, учитывающие полные (с нисходящими ветвями) диаграммы деформирс вания фнбробетона при сжатии и растяжении.
Исследованию этих и других малоизученных вопросов посвящена ш стоящая диссертационная работа. Решение поставленных в работе задач имее существенное значение для рационального и надежного проектирования еж: тых фиброжелезобетонных колонн.
Цель диссертационной работы: исследование сопротивления внецентреь ному сжатию гибких керамзитожелезобетонных колонн, армированных стера невой сталью (обычной и высокопрочной) и дисперсно распределяемой фибро из ГБВ; совершенствование нормативных методов расчета несущей способна ста, деформативности и трещиностойкостн таких конструкций и разработка ме тодов расчета с учетом полных диаграмм деформирования фибробетона пр сжатии и растяжении. Автор защищает:
результаты экспериментальных исследований несущей способно сти, деформативности и трещиностойкости керамзитофиброжелезобетонны колонн различной гибкости при центральном и внецеїггренном сжатии;
предложения по совершенствованию нормативного расчета проч ности с учетом фактических значений предельных деформаций бетона и на пряжении в арматуре керамзитофиброжелезобетоиных колонн;
рекомендации по определению жесткостей и кривизн фиброжелезо бетонных колонн в зависимости от уровня нагруження, процента фибровоп армирования, гибкости и других факторов;
усовершенствованные методы определения усилий трещинообразо вания керамзитофиброжелезобетонных колонн;
усовершенствованную программу деформативного расчета фибро железобетонных колонн, основанного на откорректированных автором поло жений норы;
предложения по определению параметров полных диаграмм де формирования тяжелого и легкого фибробетонов при сжатии и растяжении і методику их аналитического описания;
программу итерационно-шагового расчета колонн с учетом полны; трансформированных диаграмм фибробегона;
упрощенный метод расчета фиброжелезобетонных колонн с учетом полных трансформированных диаграмм фнбробетона;
установлеіше по опытным данным, а также результатам численного эксперимента области рационального применения фиброжелезобетонных колонн.
Научная новизна работы:
получены новые эксперимигпшыгые данные о сопротивлении вне-центренному сжатию керамзитофиброжелезобетонных элементов различной гибкости;
выявлено влияние фибрового армирования из ГБВ на свойства и полные диаграммы деформирования тяжелого и легкого бетона при сжатии и растяжении, даны рекомендации по аналитическому описанию диаграмм;
разработаны рекомендации по совершенствованию нормативного расчета прочности с учетом фактических значений предельных деформаций бетона и напряжений в арматуре керамзитофиброжелезобетонных колонн;
разработаны рекомендации по определению параметров жесткостей и кривизн, а также усилий трешинообразования и ширине раскрытия трешин керамзитофиброжелезобетонных колонн;
предложена программа деформационного расчета фиброжелезобетонных колонн, основанная на нормативных положениях с учетом предложений автора;
разработана программа итерационно-шагового расчета колонн с учетом полных трансформированных диаграмм деформирования фнбробетона;
предложен упрошенный метод расчета колонн с учетом полных диаграмм деформирования фибробетона;
определены области наиболее рационального применения фиброжелезобетонных колонн по опыгным данным, а также результатам численных экспериментов.
Достоверность разработанных рекомендаций и предложенных методов расчета подтверждается статистической обработкой опытных данных автора, а также результатами численных экспериментов с расширенными границами варьирования изучаемых факторов.
Практическое значение и внедрение результатов работы. Разработаны и изданы "Рекомендации по проектированию железобетонных конструкций из керамзитобетона с фибровым армированием базальтовым волокном", которые переданы в проектные и научно-исследовательские организации (СевкавНИ-ПИагропром, ПромстройНИИпроект) для использования в практической рабо-
те. Применение предложенных рекомендаций позволит более точно оценивать несущую способность, деформатнвность и трещнностойкость сжатых фибро-железобетонных элементов, что обеспечит наиболее рациональное проектирование натурных конструкций и снизит расход стали.
Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете и Ростовском государственном архитектурном институте - они включены в программу общего и специального курсов железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в пятнадцати научных статьях. Материалы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета, Ростовского государственного архитектурного института и Северокавказского научно-исследовательского и проектного института "СевкавНИПИагропром" в 1996 - 2000 гг.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 135 наименований и двух приложений. Она содержит 170 страниц машинописного текста, включая 48 рисунков и 18 таблиц.
Диссертационная работа выполнена в Ростовском государственном строительном университете под руководством доктора технических наук, профессора Д.Р. Маиляна.