Разделы сайта:

Главная

История бетона

Состав бетона

Водонепроницаемый бетон

Монолитный бетон

Электропроводный бетон

Железобетон

Полимербетон

Добавки в бетон

Материалы для бетонной смеси

Специальные цементы

Заполнители бетона

Производство цемента

Бетон и железобетон

Ю.М. БОРИСОВ, канд. техн. наук, доц., А.Э. ПОЛИКУТИН, инж. (Воронежский государственный архитектурно-строительный ун-т), Прочность наклонных сечений изгибаемых армокаутоновых элементов

Надежность, долговечность и безопасность зданий и сооружений, подвергающихся воздействию агрессивных сред различного характера, напрямую зависят от свойств материалов, из которых изготовлены их несущие и ограждающие конструкции. Как показывает практика, эффективными и перспективными материалами, на основе которых возможно изготовление коррозионностойких изделий и конструкций, являются композиты на основе полимеров. Примером таких композитов могут служить каутоны - каучуковые бетоны, разработанные на кафедре Железобетонных и каменных конструкций в Воронежском государственном архитектурностроительном университете [1]. Каутоны - это современные высококоррозионностойкие конструкционные бетоны на основе каучукового связующего, обладающие высочайшей химической стойкостью, благоприятными деформационно-прочностными показателями, технологичностью и т.д [2, 3]. Изготовление и эксплуатация несущих конструкций на основе новых материалов невозможны без изучения работы их наклонных сечений. Правомерно это и для конструкций и изделий на основе каутона. В связи с этим были проведены исследования наклонных сечений изгибаемых элементов изармокаутона.

Для решения поставленной задачи были изготовлены образцы- балки, разделенные на две группы;

к первой относятся балки серий А, Б и В, ко второй - Г и Д. В образцах первой группы продольное армирование состояло из двух стержней 0 12 мм класса А-V, во второй -20 12 класса А-Ill. Балки серий В и Г не имели поперечной арматуры. В образцах серий А и Д в качестве поперечной арматуры применяли проволоку 0 5 Вр-I с шагом 5 см. В образцах серии Б поперечную арматуру из проволоки Вр-1 0 5 мм ставили с шагом 3 см. Балки каждой серии испытывали с пятью пролетами среза. При этом относительный пролет среза (a/h) составлял соответственно 1; 1,5; 2, 2,5 и 3.

Загружали балки двумя симметрично расположенными сосредоточенными нагрузками, постоянно возрастающими вплоть до разрушения. При таком загружении зона действия поперечных сил располагается между опорой и грузом - в пролете среза. Величина поперечной силы на данном участке остается постоянной, а изгибающие моменты увеличиваются от нуля на опоре до максимальной величины под грузом.

В результате регрессионного анализа данных, полученных при испытаниях балок с продольной арматурой класса А-V образцы серий А, Б и В) и выполненного при помощи ЭВМ, выведены следующие уравнения, адекватно описывающие результаты эксперимента: 1. Для зависимости прочности наклонных сечений изгибаемых каутоновых элементов от пролета среза:

Из рассмотрения поверхности отклика {рис. 1), построенной по модели (9), видно, что прочность наклонных сечений исследованных балок в большей степени зависит от относительного пролета среза и в меньшей степени от процента поперечного армирования, Это также видно на рис. 2 и 3, где изображены зависимости прочности наклонных сечений каутоновых балок от относительного пролета среза и процента поперечного армирования при фиксированном значении одного из факторов.

Анализ моделей (1 ... 8) показывает, что прочность наклонных сечений изгибаемых каутоновых элементов с увеличением пролета среза уменьшается по уравнению степенной функции. Рост прочности наклонных сечений при повышении процента поперечного армирования наблюдается во всем интервале варьируемого параметра, при этом можно отметить линейную зависимость прочности наклонных сечений элементов от процента поперечного армирования.

Установлено, что балки серии Б с шагом поперечной арматуры 3 см имеют большую несущую способность по наклонным сечениям (рис. 2) . Увеличение шага поперечных стержней (до 5 см в балках серии А), т.е. уменьшение процента поперечного армирования, приводит к некоторому снижению несущей способности балок по наклонным сечениям. Это связано с тем, что в критическую наклонную трещину (по которой происходит разрушение) попадает меньшее число поперечных стержней, а значит, меньшее их число включается в работу, Главная же цель поперечных стержней состоит в сопротивлении раскрытию наклонныхтрещин и вращению одного участка балки относительно другого, а следовательно, в предотвращении преждевременного разрушения балки. Отсюда и повышение прочности наклонных сечений при применении поперечной арматуры.

Полученные данные подтверждают, что отсутствие поперечной арматуры (серия В) приводит к значительному снижению прочности наклонных сечений изгибаемых элементов из каутона (см.рис. 2).

На основании полученных опытных данных следует, что поперечная арматура в каутоновых изгибаемых элементах начинает работать под нагрузкой только после возникновения наклонныхтрещин, пересекающих эту арматуру. При этом напряжения в поперечных стержнях достигают предела текучести при определенных нагрузке и проценте поперечного армирования. Напряжения, соответствующие пределу текучести в поперечных стержнях, возникают только в местах пересечения их наклонной трещиной. Так, в балке А-30 поперечная арматура, пересекаемая критической наклонной трещиной, непосредственно перед разрушением порвалась, что свидетельствует о том, что напряжения в ней превысили предел прочности.

В результате регрессионного анализа данных, полученных при испытаниях балок с продольной арматурой класса А-Ill (образцы серий Г и Д) и выполненного при помощи ЭВМ, выведены следующие уравнения, адекватно описывающие результаты эксперимента:

1. Для зависимости поперечной силы при разрушении по наклонным сечениям изгибаемых каутоновых элементов от пролета среза: при шаге поперечной арматуры S = 50 мм (j.tsw =0,66 %)

Из рассмотрения представленной на рис. 4 поверхности отклика, построенной по модели (17), видно, что прочность наклонных сечений исследованных образцов в большей степени зависит от относительного пролета среза и в меньшей степени от процента поперечного армирования.

Это также видно из рис. 5 и 6, на которых изображены зависимости прочности наклонных сечений каутоновых балок от относительного пролета среза и процента поперечного армирования.

Анализ моделей (10 ... 16) показывает, что прочность наклонных сечений изгибаемых элементов с увеличением пролета среза уменьшается по уравнению степенной функции. Рост прочности наклонных сечений при повышении процента поперечного армирования наблюдается во всем интервале варьируемого параметра, при этом можно отметить линейную зависимость прочности наклонных сечений элементов от процента поперечного армирования.

Анализ представленных данных показывает, что в образцах серий Г и Д с продольной арматурой класса А-Ш наблюдается тот же характер изменения несущей способности наклонных сечений в зависимости от пролета среза, что и у балок с продольной арматурой класса A-V.

На основании анализа полученных результатов, графически представленных на рис. 3 и 6, можно утверждать, что с уменьшением шага поперечных стержней, те. с увеличением насыщения поперечной арматурой наклонного сечения, его несущая способность повышается. По результатам испытаний образцов-балок установлено, что с ростом пролета среза несущая способность наклонных сечений элементов снижается (см.рис. 2 и 5). Причем отмечено, что снижение прочности происходит неравномерно: до определенного значения а (для балок с продольной арматурой класса А-V а = 1,5h ... 1,75h, а для балок с арматурой A-lli а = 2h) происходит интенсивное падение прочности наклонных сечений изгибаемых каутоновых элементов. Дальнейшее увеличение пролета среза сопровождается уже менее интенсивным снижением прочности наклонных сечений и отражается на графике переходом в более плавную кривую. Кроме того, уменьшение прочности наклонных сечений в балках с арматурой класса A-III (серии Г и Д) больше, чем в балках с продольной арматурой класса А-V (серии А, Б и В). Установлено, что снижение прочности наклонных сечений изгибаемых каутоновых элементов при увеличении пролета среза для балок составляет: для серии А - в 1,8 раза, Б - в 1,9 раза, В - в 1,9 раза, Г - в 2,7 раза и Д - в 2,4 раза. Объяснение данному факту можно дать после изучения влияния класса продольной арматуры на прочность наклонных сечений каутоновых изгибаемых элементов.

Для определения влияния класса продольной арматуры на прочность наклонных сечений изгибаемых элементов, выполненных из каутона, провели сравнительный анализ однотипных балок серий А, Д и В, Г. Графическое отображение проведенных исследований представлено на рис. 7, на котором сплошными линиями показано изменение прочности наклонных сечений балок с продольной арматурой класса А-Ill, пунктирными - с арматурой класса А-V. Как указывалось выше, с увеличением относительного пролета среза величина разрушающей нагрузки уменьшается. Причем падение несущей способности балок серий Г и Д (с продольной арматурой класса А-Ill) происходит интенсивнее, начиная со значения a=2h. Следует отметить, что при а < 2h влияние более прочной арматуры практически не сказывается, и прочность наклонных сечений балок с разной продольной арматурой находится примерно на одном уровне {снижение прочности наклонных сечений балок с продольной арматурой класса А-Ill не превышает 4 %). Это можно объяснить тем, что при малых пролетах среза работа продольной арматуры в зоне действия поперечных сил после появления наклонной трещины связана в основном с восприятием поперечных сил (нагельный эффект), а не растягивающих усилий. С увеличением пролета среза продольная арматура начинает воспринимать все большие растягивающие усилия, при этом нагельный эффект ослабевает. Из-за меньшей деформативности арматуры класса А-V развитие наклонных трещин в изгибаемых элементах происходит медленнее (при большей нагрузке на балку), и ширина раскрытия наклонных трещин имеет меньшее значение.

В результате прочность наклонных сечений каутоновых балок с продольной арматурой класса A-V выше, чем у балок с арматурой класса А-Ill. Установлено, что падение разрушающей нагрузки происходит до значений a/h, приблизительно равных 2,5; далее с увеличением пролета среза несущая способность всех серий стабилизируется, причем для балок с более прочной арматурой несущая способность остается выше, нежели у образцов с обычной продольной арматурой, примерно на 30 %. Кроме того, из рис. 7 видно, что при a/h > 1,75 прочность наклонных сечений образцов серии В (с продольной арматурой класса А-V и без поперечной арматуры) становится выше несущей способности образцов серии Д (с продольной арматурой класса А-Ill и с поперечной арматурой с шагом 5 см).

Полученные в результате проведенных экспериментов данные могут быть использованы при разработке и проектировании каутоновых конструкций, предназначенных для эксплуатации в условии воздействия высокоагрессивных сред различного характера. Это могут быть: балки перекрытия и покрытия, перемычки дверных, оконных или иных проемов зданий и сооружений, где присутствуют агрессивные среды производственного или другого происхождения; опоры и эстакады для размещения технологического оборудования химических производств; изгибаемые элементы конструкций мостов и железных дорог; элементы фундаментов (в частности, фундаментные балки), эксплуатирующиеся в условиях агрессивных грунтовых вод.