Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ХАРКІВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
залізничного транспорту
Ле МІНЬ ЛОНГ
УДК 624.012.35, 624.012.4, 539.319
Вплив локальних ПОшкоджень захисного шару бетону в стиснутих залізобетонних елементах
на напружЕно-деформований стан арматури
05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
ХАРКІВ – 2001
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі будівельних конструкцій Харківської державної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: – Офіційні опоненти: – – Провідна установа: – кандидат технічних наук, доцент ШАПОВАЛОВ Олександр Микитович, доцент кафедри будівельних конструкцій Харківської державної академії міського господарства. доктор технічних наук, професор ФОМИЦЯ Леонід Миколайович, завідувач кафедри будівельних конструкцій Сумського державного аграрного університету; кандидат технічних наук, доцент Ізбаш Михайло Юрійович, доцент кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури. Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, кафедра залізобетонних і кам'яних конструкцій Міністерства освіти і науки України, м. Полтава.
Захист дисертації відбудеться “ 31 ” травня 2001 р. о 1430 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.820.02 при Харківській державній академії залізничного транспорту за адресою: 61050, м. Харків, майдан Фейєрбаха, 7.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Харківської державної академії залізничного транспорту за адресою: 61050, м. Харків, майдан Фейєрбаха, 7.
Автореферат розісланий “ 28 ” квітня 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук, доцент Є.М.Єрмак
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Поширені в практиці будівництва та експлуатації залізобетонні стиснуті елементи в ряді випадків мають пошкодження у вигляді руйнування захисного шару бетону вздовж робочої арматури. Ці пошкодження пов'язані з механічними, хімічними, технологічними та іншими причинами. В зв'язку з цим постає проблема оцінки несучої здатності таких пошкоджених елементів, тобто розрахувати їх залишкову міцність, на основі чого розробляється та або інша схема підсилення. В нормативній та довідковій літературі дані питання спрощуються або не приймаються до уваги. Витрати на елементи підсилення не завжди оправдані. А це додатковий метал, арматура, бетон та трудомісткість робіт. Тому тема дисертації має важливе народно-господарче значення.
Зустрічаються випадки відшарування захисного шару бетону, викликані пожежею. У цьому випадку також необхідно оцінювати експлуатаційні характеристики перерізів з урахуванням зниження рівня зчеплення бетону з арматурою і з урахуванням зменшення всього бетонного перерізу. При оцінці впливу ступеня оголення арматури на загальну несучу здатність залізобетонного ослабленого стиснутого елемента дуже важливо визначити залежність деформацій арматури від деформацій бетону у всьому етапі завантаження, тому в дисертації даному питанню приділяється найбільша увага. Проведені експериментальні дослідження дозволили підтвердити теоретичні висновки щодо процесу розвитку деформацій в арматурі при локальному відшаруванні захисного шару бетону.
Існуючі методи вивчення зусиль зчеплення між бетоном та арматурою базуються в основному на розгляді розтягнутих залізобетонних елементів, а потім ці результати переносяться на характеристики міцності та деформативності стиснутих елементів, що не можна вважати правомірним підходом в рішенні поставленої у дисертації задачі.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дисертаційна робота виконана за тематикою науково-дослідної роботи кафедри будівельних конструкцій Харківської державної академії міського господарства: “Реконструкція, ремонт та підсилення промислових і цивільних будівель та споруд”, та за координаційним планом Міністерства освіти і науки України, розділ 21 – “Створення нових технологій, методів організації та механізації будівельних процесів, що забезпечують ефективність будівництва та модернізацію будівель і споруд”. Госбюджетна тема: “Створення нових технологій, методів механізації, які забезпечують будівництво та модернізацію будівель і споруд” – № держрегистрації 0199U004287.
Мета і задачі роботи.
Метою роботи є оцінка рівня зчеплення арматури з бетоном у стиснутих залізобетонних коротких негнучких елементах із різною мірою обхвату бетоном арматури і визначення на цій основі несучої здатності залізобетонних елементів із пошкодженням захисного шару бетону, розробка рекомендацій по підсиленню ослаблених таким чином елементів.
Для досягнення поставленої мети треба було розв'язати такі задачі:
1. Розробити методику розрахунку залізобетонних стиснутих негнучких елементів з урахуванням порушення ступеня зчеплення бетону з арматурою на різних рівнях напруженого стану.
2. Вивчити напружено-деформований стан залізобетонних стиснутих елементів у зоні послаблення контакту бетону з арматурою.
3. Розробити умовну схему розподілу напружень зчеплення по контуру арматури у випадку передачі стискаючих напружень через бетон.
4. Вивчити ступінь впливу місцезнаходження арматури та її діаметру на розвиток у ній поздовжніх деформацій у випадку передачі стискаючих напружень через бетон.
5. Проаналізувати на підставі експериментального матеріалу механізм взаємодії бетону та арматури на параметри міцності бетону при стисканні.
6. Розробити теоретичний апарат, на підставі якого можна було би розрахувати напружено-деформований стан стиснутої арматури на різних рівнях завантаження при повному та неповному обхваті її бетоном.
7. Експериментально перевірити розвиток деформації в стиснутій арматурі при передачі напружень на неї через бетон в випадку повного та неповного обхвату її бетоном по периметру.
8. Впровадити результати теоретико-експериментальних досліджень в практику обстеження, реконструкції та підсилення будівель і споруд.
Об'єктом дослідження є стиснуті короткі залізобетонні елементи (колони, елементи ферм, підкоси, стовпи та ін.), в яких може бути пошкоджений захисний шар бетону та оголена арматура.
Предмет дослідження. Напружено-деформований стан арматури з урахуванням порушення сил зчеплення, у залежності від рівня напруженого стану, місцезнаходження арматури та її діаметру, а також від ступеня оголення арматури бетоном.
Методи дослідження. Визначення напружено-деформованого стану арматури в стиснутих коротких елементах виконується теоретичним шляхом із використанням умови рівноваги та заданням емпіричної функції для дотичних напружень. При цьому не використовується рівняння деформацій арматури деформаціям бетону. Вважається, що деформації арматури зменшуються щодо деформацій бетону, особливо при високих рівнях завантаження.
Для теоретичного рішення поставленої задачі розглядається модель залізобетонного елементу як умовно-складового стрижня з відтворенням зв'язків між арматурою та бетоном у вигляді пружноподатливих елементів. Значення жорсткості цих зв'язків задається у вигляді аналітичної функції, яка залежить від рівня напруженого стану, місцезнаходження арматури, ступеня оголення арматури та інших параметрів. Принциповою відмінністю теоретичного апарату по визначенню деформацій і напружень у стиснутій арматурі від існуючих методів є те, що дотичні напруження визначаються по рівню напруженого стану в бетоні, а не по значенню зміщення арматури в бетоні, яке завжди є невідомою величиною.
Наукова новизна отриманих результатів:
- теоретично досліджено напружено-деформований стан залізобетонних стиснутих коротких елементів, які мають локальні послаблення в зоні розташування поздовжніх крайніх стрижнів;
- розроблена нова умовна модель контакту бетону з арматурою у вигляді елементів жорсткості для складових стрижнів;
- проведені многопланові експериментальні дослідження по визначенню розвитку деформацій в арматурі та бетоні при стисканні для різних положень арматури, враховуючи її центральне та крайове положення; при цьому передача навантаження здійснювалась тільки через бетон;
- запропонована емпірична залежність, яка дозволяє встановити взаємозв'язок деформацій арматури та деформацій бетону на усьому діапазоні завантаження з урахуванням положення арматури в площині перерізу та діаметру арматури;
- розроблена методика розрахунку несучої здатності стиснутих негнучких елементів, маючих неповний контакт бетону по периметру арматури.
Практична цінність роботи. Теоретичні та експериментальні дослідження дозволяють більш точно визначати несучу здатність залізобетонних стиснутих елементів із локальними пошкодженнями захисного шару або неповним контактом бетону з арматурою по її периметру, які виникають при різних умовах експлуатації.
Запропоновані чотири групи пошкоджень захисного шару бетону залізобетонних елементів. В залежності від конкретної групи визначається методика розрахунку несучої (залишкової) здатності стиснутого елементу, на основі чого і вирішується питання підсилення цього елементу.
Розроблені коригуючи параметри для граничних значень напружень в стиснутій арматурі в разі руйнування бетонної складової частини залізобетонної стиснутої конструкції. Ці параметри дають зниження напружень, які в нормативних документах приймаються постійними і рівними Rsc = 400 або 500 МПа для класу А-III і вище.
Особистий внесок здобувача:
- проаналізовані на основі літературних джерел різні підходи при оцінці напружено-деформованого стану стиснутої арматури в залежності від рівняння дотичних напружень у зоні контакту “бетон – арматура”;
- проведений теоретичний аналіз визначення напружень і деформацій у стиснутій арматурі при виконанні умови співпадання деформацій бетону і арматури в разі передачі завантаження через бетон по традиційній схемі;
- розроблена нова модель роботи стиснутого залізобетонного елементу як складового стрижня з відтворенням специфіки роботи контактної зони у вигляді елементів жорсткості;
- складена алгоритмічна блок-схема визначення напружень в арматурі, виходячи з прийнятої теоретичної умовної моделі, реалізована ця блок-схема в програмі для розрахунку на персональному комп'ютері;
- проведені експериментальні дослідження по визначенню деформацій в арматурі в стиснутих залізобетонних зразках з урахуванням рівня завантаження, різним положенням арматури (центральним і крайовим), різними рівнями оголення арматури (25%, 50%, 75% оголення), різним класом бетону, різним діаметром арматури;
- теоретично проаналізована величина граничної стискальності бетону різних класів і запропонована найбільш імовірна її величина для визначення граничних напружень в арматурі при стисканні залізобетонних елементів;
- на підставі теоретичних і експериментальних досліджень запропонована емпірична залежність для деформацій стиснутої арматури, яка враховує рівень завантаження, місцезнаходження арматури, її діаметр, клас бетону та клас арматури;
- виконаний теоретичний аналіз розподілу дотичних напружень в зоні ослабленого контакту арматури з бетоном і на цій основі встановлені співвідношення жорсткістних параметрів як для частково оголених стрижнів арматури, так і повністю закритих;
- розроблена методика розрахунку стиснутих коротких залізобетонних елементів по несучій (залишковій) здатності, маючих неповний контакт бетону по периметру арматури;
- запропоновані чотири схеми пошкоджень контактної зони “бетон–арматура” і на цій основі виконані розрахунки несучої здатності залізобетонних елементів та запропоновані відповідні схеми підсилення.
Впровадження результатів роботи. Методика розрахунку несучої здатності пошкоджених залізобетонних стиснутих елементів у випадках реконструкції та підсилення будівель і споруд була впроваджена на ЗЗБК-1 в м. Харкові та в науковій частині Харківського ПромбудНДІпроекту та інших організаціях.
Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались і обговорювались на XXIX, XXX науково-технічних конференціях Харківської державної академії міського господарства в 1998–2000 рр. Крім того, окремі матеріали дисертації були викладені в доповіді на міжнародній конференції в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (м. Дніпропетровськ) в 1999 р.
Публікації. По темі дисертації опубліковано 6 наукових статей, 2 публікації тез доповідей.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків, списку літературних джерел, 4 додатків і налічує 181 сторінку, в тому числі 135 сторінок машинописного тексту, 16 таблиць, 43 рисунки і 9 сторінок додатків. Список літературних джерел складається з 170 найменувань.
Основний ЗМІСТ
У вступі розкривається стан наукової проблеми, обґрунтовується актуальність теми, сформульовані мета досліджень, наукова новизна, подані практичні та теоретичні значення отриманих результатів.
У першому розділі приводиться детальний аналіз літературних матеріалів, присвячених проблемі розвитку контактних напружень для залізобетонних елементів в зоні з'єднання арматури з бетоном для різних видів напруженого стану: розтягу, стисканню, згину. В останній час в практиці реконструкції та підсилення різних будівель і споруд гострою проблемою стає задача оцінки несучої здатності залізобетонних стиснутих елементів, які мають різні пошкодження або руйнування захисного шару бетону в зоні розміщення поздовжньої робочої арматури. У цьому випадку потрібно визначити ступінь залишкового зчеплення арматури з бетоном та участь арматури в оцінці несучої здатності стиснутого елементу. У зв'язку з порушенням сумісної роботи бетону та арматури повстають питання, як треба оцінювати напруження в арматурі в стадії руйнування залізобетонного елементу та які треба застосувати конструктивні рішення, щоб підсилити ослаблені елементи. Найбільш уживані заходи на сучасному етапі підсилення стиснутих елементів (колон, стовпів, елементів, ферм та ін.) – це влаштування металевої або залізобетонної обойми по всій висоті, що не завжди доречно та й економічно необґрунтовано.
Вивченню контактних напружень при стисканні на різних рівнях напруженого стану присвячено дуже мало теоретичних і експериментальних робіт. Набагато більш цих досліджень виконано для розтягнутих елементів. Перші кроки щодо вивчення контактних сил зчеплення були зроблені Баушінгером, Бахом Г., Абрамсом Д.А., Фриче Р., Гленвілем К. та іншими дослідниками. Потім відбулись широкомасштабні дослідження сил зчеплення при розтязі й стиску цілою групою вчених і спеціалістів різних науково-дослідних підрозділів. З'являються глибокі теоретичні й експериментальні дослідження в цьому напрямку. Серед найбільш відомих слід відзначити роботи Бабича В.М., Байкова В.Н., Бондаренко В.М., Букаченко О.І., Вєсєлова О.О., Гвоздєва О.О., Залесова О.С., Карпенко М.І., Молодченко Г.І., Назаренко В.Г., Назаренко П.П., Оатула О.О., Овчиннікової І.Г., Ржаніцина О.Р., Столярова Я.В., Савкіна С.О., Таля К.Є., Тєвєлєва Ю.О., Фомиці Л.М., Фрайфельда С.Ю., Холмянського М.М., Чистякова Е.О., Чихладзе Е.Д., Шагіна О.Л., Шмуклера В.С. та багатьох інших. Серед зарубіжних досліджень варто відзначити роботи Гійона І., Бішара А., Гото Д.Ж., Одмана С.Т., Рема Г., Шкорделіса А.С., Вестлюнга Г. та інших. Усі виконані роботи базувалися на двох основних принципах. По-перше, стверджується гіпотеза рівняння деформацій арматури деформаціям бетону на всіх рівнях завантаження. По-друге, при визначенні напружено-деформованого стану арматури розглядається симетричне центральне положення арматури в елементі, що зовсім не відповідає реальній картині розміщення арматури в залізобетонному елементі. Окрім цього, багато дослідників автоматично переносять результати теоретичних і експериментальних даних, одержаних для розтягнутих елементів, на стиснуті. В літературних джерелах зовсім немає даних про напружений стан та зчеплення стиснутої арматури, якщо вона обійнята бетоном не суцільно по усьому периметру, а тільки частково. І, нарешті, слід відзначити суттєве протиріччя в теорії розрахунку стиснутих залізобетонних елементів, яке складається в тому, що в разі граничного стану приймається рівняння граничних деформацій бетону деформаціям арматури, У той час як у цьому разі різко порушується контактна зона, і деформації арматури не встигають за деформаціями бетону.
В загальній теорії зчеплення зараз існує чотири основні напрямки оцінки напружено-деформованого стану арматури при симетричному її положенні. Перший – це контактна задача теорії пружності з передачею напружень бетону на арматуру; другий – емпіричний підхід при визначенні дотичних напружень і складання на цій основі вихідних залежностей; третій – моделювання контактного шару у вигляді конусів та призм із записом співвідношень між деформаціями та переміщеннями на основі теорії пружності; четверте – використання умовної моделі “бетон-арматура” у вигляді складового стрижня, де контактні зв'язки представлені кінцевою жорсткістю. Одначе, усі ці напрямки обходять питання врахування неповного контакту бетону з арматурою, що відмічається в пошкоджених зонах бетону в процесі експлуатації залізобетонних елементів.
Перші кроки в напрямку оцінки впливу неповного контакту бетону з арматурою на несучу здатність залізобетонних згинаних елементів зробили Левін В.М., Савкін С.О., Стеблянко Л.В., Решетар Ю.Г., Яковленко Г.П. та інші. Але ці дослідження не відносились до аналізу дотичних напружень в разі оголення, та впливу ступіня оголення арматури на напружений стан арматури
На основі проведеного аналізу стану питання про зчеплення арматури з бетоном при стисканні та вплив на зчеплення неповного контакту та розташування арматури в перерізі і визначені задачі дисертаційної роботи.
Другий розділ присвячено теоретичним задачам, які виникають при визначенні напружень і деформацій в стиснутій арматурі, якщо навантаження передається через бетон. Перший варіант рішення задачі ґрунтується на традиційній схемі визначення напружень в арматурі, якщо базовими рівняннями служать: умова рівноваги для довільного перерізу в залізобетонному елементі, симетричне розташування арматури, рівність деформацій еs = еb на усьому етапі завантаження, емпіричне задання залежності нормальних напружень в арматурі від дотичних напружень або зміщення арматури в бетоні. В різновиді такого вихідного рівняння використана залежність, запропонована С.Ю. Фрайфельдом та О.І. Букаченко з введенням множника m:
, (1)
де ?уsx – приріст напружень в арматурі вздовж елемента;
qx – зміщення арматури в бетоні;
А, k – емпіричні коефіцієнти;
m – параметр, який враховує зниження напружень в арматурі за рахунок її оголення.
Використовуючи рівність і співвідношення , , а також диференціюючи (1) по dqx , одержимо значення дотичних напружень:
, (2)
де As , u – площа та периметр арматури;
Es – модуль пружності арматури;
– коефіцієнт зведення;
м – коефіцієнт армування.
Значення напружень в арматурі можна знайти по наступній залежності, якщо завантаження здійснювати через бетон:
, (3)
де – зовнішнє напруження в бетоні в місці передачі завантаження.
Для визначення використовується диференційне рівняння другого порядку:
. (4)
У цьому рівнянні .
Остаточне значення уsx з урахуванням рішення рівняння (4)
, (5)
де q0 – початкове зміщення арматури на початку координати x.
Потім напруження в бетоні з використанням умови рівноваги визначається:
.
Отримані залежності для фсц та уsx залежать від експериментальних параметрів A, k, qx, а визначення їх для кожної конкретної задачі складає самостійну трудомістку проблему, особливо параметру qx.
Тому традиційний шлях теоретичного визначення напружень для стиснутої арматури має цілий ряд складностей і припущень, які обумовили пошуки інших варіантів рішення поставленої задачі. І перш за все треба було по можливості не використовувати умову рівності деформацій еs = еb, а також позбутися невизначеного параметру qx.
Одним з варіантів визначення напружено-деформованого стану стиснутої арматури з урахуванням повного та неповного обхвату її бетоном та з урахуванням різного рівня напруженого стану є представлення залізобетонного елементу як складового стрижня з визначеною жорсткістю контакту, яка змінюється в залежності від рівня напруженого стану, місцезнаходження арматури у перерізі та рівня оголення арматури.
Розрахункова схема такого стрижня приведена на рисунку 1.
Рисунок 1. Розрахункова схема стиснутого залізобетонного елемента
В цьому випадку вихідні передумови передбачають: не має в рівняннях для уsx та фсц значення зміщення qx, яке завжди є невідомою величиною; жорсткість контактного шару між бетоном та арматурою буде залежною від рівня напруженого стану та місцезнаходження арматури в перерізі елементу. Ступінь впливу оголення арматури на її напружений стан оцінюється одним параметром m, який відтворює різний характер розвитку епюр дотичних напружень по периметру арматури. При всіх перелічених допущеннях розглядається плоска задача напруженого стану залізобетонного елементу, хоч реальна картина відповідає просторовій задачі цього стану. Та вирішення просторової задачі дуже ускладнить інженерний підхід для отримання задовільного рішення і практичного застосування результатів розрахунку.
В основі запропонованого рішення покладено рівняння О.Р. Ржаніцина:
, (6)
де Г – зосереджений зсув вздовж шару між бетоном та арматурою;
г – параметр жорсткості двох матеріалів: бетону та арматури
; (7)
Т – сумарне зсуваюче зусилля, .
Диференційне рівняння рівноваги:
; (8)
G – характеристика жорсткості контактного шару.
Рішення рівняння (8) і кінцевий вираз для величини дотичних напружень має вигляд:
. (9)
. (10)
В формулах (9) та (10) прийняті такі позначення: ; t = 0,5aл; p = 0,1aл.; С1 і С2 – довільні постійні, які визначаються при граничних умовах:
при x = 0,1а ф = ф1
при x = 0,5а ф = ф2
Характеристика жорсткості G може визначатись по формулі:
, (11)
G0 – початкова жорсткість на 1 см, G0 = (160ё180)R (кН/см3);
R – кубикова міцність бетону (кН/см2);
о – відносна координата розміщення арматури;
– рівень завантаження.
Величини ф1 і ф2 можуть визначатись по емпіричним залежностям:
, (12)
ф2 = 0,2ф1
Позначення у цих формулах такі самі, як і у формулах (2), (3), (11) крім k – коригуючий коефіцієнт (k = 8ч10).
Особливої уваги заслуговує параметр m, який характеризує вплив послабленого обхвату арматури бетоном.
Розподілення напружень по периметру арматури при різному її обхваті бетоном можна представити в формі різних кривих: в формі кільця (повний обхват бетоном), параболи, еліпса чи лемніскати Бернуллі (при неповному обхваті) (рисунок 2).
Рисунок 2 – Різні можливі форми розподілення дотичних напружень навколо арматури
Тоді зменшення дотичних напружень при визначені впливу різного обхвату бетоном арматури можна прийняти як відношення площ епюр заданих кривих до повної епюри у формі кільця. Математичний аналіз показав, що для ступіня оголошення 50% периметра арматури зниження жорсткості може сягати m = 0,27 ё 0,4 (в залежності від форми епюри), а для оголення тільки 25% периметру арматури це зниження становить 0,70ё0,85 від повного значення жорсткості контактної зони.
На підставі встановлених залежностей для G, ф1, ф2, m визначаються фсц (10) та уsx:
. (13)
Розроблений алгоритм розрахунку дозволив скласти програму “Кобзар” (конструкції, ослаблені бетоном заармировані), використання якої на персональному комп'ютері допомагає оперативно вирішувати питання напруженого стану арматури в залізобетонних стиснутих елементах в різних умовах її розташування та оголення.
У третьому розділі аналізуються теоретичні передумови щодо визначення напружень та деформацій в стиснутій арматурі, виходячи з емпіричних залежностей між деформаціями арматури та бетону. Аналізуючи основне рівняння еs = еb, зроблено висновок про те, що рівняння порушується при високих рівнях напруженого стану. Деформації арматури не встигають за деформаціями бетону. Обумовлене це явище тим, що в випадку високого рівня завантаження з'являються мікротріщини та зсуви в зоні контакту бетону з арматурою, різко порушується зчеплення. Раціонально співвідношення еs = еb змінити на еs = еbщ(в,о), ?е параметр ?(в,о) ?ідтворює рівень напруженого стану в = f(уb/Rb) та координату розташування арматури в бетоні о.
Враховуючи залежність параметрів фсц та ?(в,о) ?ід рівня напруженого стану та невідомість залежності зміщення арматури qx від напружень в бетоні уb, вирішення диференційного рівняння
(14)
буде складати значні труднощі. Тому пропонується визначати зв'язок між деформаціями арматури та бетону у вигляді емпіричної залежності, встановленої на основі проведених експериментальних даних та літературних джерел. Якщо таке співвідношення буде встановлене, тоді можна буде визначити і дотичні напруження фсц, і врешті-решт, повністю описати напружено-деформований стан стиснутої арматури з урахуванням теоретичних значень фсц по формулі (10) та емпіричних залежностей між еs і еb.
У зв'язку з тим, що на граничне значення розрахункового опору арматури Rsc має суттєвий вплив гранична деформація бетону еR, то був проведений додатковий детальний аналіз експериментальних досліджень у цьому напрямку, які опубліковані в літературі. За основні були прийняті роботи О.Я.Берга, Г.Н.Писанко, Е.Н.Щербакова, О.Ф.Ільїна, В.В.Михайлова, М.П.Ємельянова, Е.О.Чистякова, Бакірова К.К., М.К.Бейсембаєва, П.Ф.Вахненко, В.Г.Назаренко, В.Н.Конделя, О.М.Бамбури та інших. В цих роботах є два параметри: еR – гранична деформація бетону, що відповідає максимальному напруженню в бетонних примах Rb, та еb,u – загальна повна деформація бетону з урахуванням спадаючої гілки діаграми стиску бетону. За вихідний критерій міцності залізобетонного стиснутого елементу приймається параметр еR, значення якого і впливає на максимальне напруження в арматурі уs. Відзначається, що значення еR для різних авторів істотно різняться. При більших значеннях еR контактна зона порушується, і напруження в арматурі зменшуються. Враховуючи дані, одержані О.М.Бамбурою, середня величина еR = 1,7.10-3 для різних класів бетону. Значення уsc,u рекомендується для згинаних елементів приймати в вигляді:
, (15)
де d – діаметр арматури, мм; dmax = 40 мм;
Rsc – розрахунковий опір арматури при стисканні в МПа;
m – параметр оголення, m = 0,7 для оголення 25% периметру арматури; m=0,38 для оголення 50%; для суцільного шару m =1;
ж – коефіцієнт поверхні арматури, ж = 1 для періодичного профілю; ж = 0,8 для гладкого;
a – відстань від центру ваги арматури до грані елементу;
hx – висота перерізу.
Але не менш важливим є встановлення взаємозв'язку між деформаціями бетону та арматури на усьому етапі завантаження від нуля до руйнування. Проведені експериментальні дослідження дозволили в першому варіанті встановити цей взаємозв'язок.
Емпірична залежність між еs і еb може бути представлена у вигляді:
, (16)
де – рівень напруженого стану;
о = a/h – відносна прив'язка арматури до середини перерізу;
d – діаметр арматурного стрижня;
dmax – максимальний діаметр арматури, dmax = 40 мм.
На перший погляд, залежність (16) занадто громіздка, але вона не може бути простою, бо відтворює три основні фактори, які впливають на зв'язок між еs і еb – рівень завантаження, місцезнаходження арматури та діаметр арматури.
На основі залежності (16) складені таблиці взаємозв'язку деформацій арматури й бетону для різних класів бетону різних рівнів напруженого стану, різних діаметрів арматури та різних розташувань арматури у поперечному перерізі.
В цьому ж розділі проведений аналіз граничних значень еR, які існують в дослідженнях різних авторів і надруковані в літературних джерелах. На основі цієї величини встановлюється параметр Rsc , нормативне значення якого становить 400ё500 МПа. Діапазон зміни еR складає від 1,47‰ё5,6‰ для різних класів бетону та різних авторів. Нормативна величина еR=2‰. Але теоретичні та експериментальні дослідження показують, що зв'язок між еs і еb порушується, особливо при високих рівнях завантаження, тому значення Rsc повинно бути зменшеним на ту величину, яка відповідає певному розташуванню арматури в перерізі, діаметру арматури, ступеню її оголення та іншим факторам у відповідності до формули (15).
На основі виконаних теоретичних досліджень приведені практичні рекомендації щодо визначення залишкової несучої здатності стиснутого залізобетонного елементу з пошкодженням захисного шару бетону:
, (17)
де ц – коефіцієнт повздовжнього згину, визначається по існуючій методиці;
з – характеристика розмірів поперечного перерізу;
– напруження в арматурі в і-тих стрижнях в залежності від їх місцезнаходження, величини пошкодження захисного шару та їх діаметру, визначаються у відповідності до виконаних досліджень;
– відповідні площі перерізу арматури.
Проведена регламентаційна класифікація дефектів захисного шару бетону в залежності від ступеня їх розвитку; передбачається чотири категорії: I (незначне пошкодження) – оголення арматури менше 25%; II (фіксоване) – оголення більше 25%; III (розрахункове) – оголення від 25% до 50% і IV (надмірне) – оголення 75% і більше. Для III і IV категорій підсилення елементів обов'язкове, для I і II підсилення може обмежуватись відновленням захисного шару бетону з добавкою до цементного розчину клеючих засобів.
Основні рекомендації щодо оцінки стану пошкодження захисного шару бетону й визначення в першому приближенні цього стану в розрахункових залежностях приведено в таблиці 1.
Таблиця 1 – Регламентаційна таблиця оцінки ступеня пошкодження захисного шару бетону
Усі можливі випадки дефектів захисного шару бетону неможливо описати тільки рекомендаціями таблиці 1, але звести їх умовно до запропонованих варіантів цілком можливо. Такий підхід має практичне значення при обстеженні будівель і споруд і набагато спрощує розрахункову методику при визначенні напружень в арматурі.
У четвертому розділі приведені матеріали експериментальних досліджень на зразках–призмах, заармованих вертикальними стрижнями без поперечної арматури. Завантаження таких зразків здійснювалось через бетон, тобто передача зусилля йшло від плити преса на бетонну поверхню зразка, арматурні стрижні не доводились до поверхні призм на 50 мм. Розмір призм 15х15х45 см.
Було виготовлено та випробувано 7 серій зразків, в кожній серії по 6 призм. Армування зразків здійснювалось 5-ма стрижнями, чотири по кутам, один в середині,
діаметри арматури були в різних серіях 20А-І, 18 А-III, 10А-III. В кожній серії були 3 призми з повністю закритою арматурою, а 3 із частково оголеною арматурою, діагонально розташованої. В одній серії оголення уздовж усієї довжини арматури складало 25% периметру арматури, у другій – 50% і у третій – 75%. В інших серіях змінювались діаметри арматури. Призмова міцність бетону в різних серіях складала від 1,73 кН/см2 до 3,65 кН/см2, відповідна кубикова міцність від 2,12 кН/см2 до 4,94 кН/см2.
Завантаження відбувалось етапами по 40 кН до повного руйнування з витримкою на кожному етапі 3 хвилини. Вимірювались деформації бетону по чотирьох гранях та деформації арматури в середній частині загальної довжини арматури. Характерні закономірності розвитку деформацій в бетоні, центральному стрижні та крайовому з повним обхватом бетоном та частковим приведені на рисунку 3. На цьому рисунку приведені дані для II серії випробувань із діаметром арматури 18 мм, клас A-III, ступінь оголення арматури складала 50%. Чітко можна відзначити, що деформації арматури та бетону практично співпадають до рівня 0,5ё0,6Pпред , потім ці деформації починають різнитися. Причому деформації центрально розташованого стрижня ближче знаходяться до деформацій бетону, чим деформації крайових стрижнів. Оголені крайові стрижні (крива 4) мають суттєво меншу деформацію, ніж крайові закриті стрижні та центрально розташований стрижень.
Рисунок 3 – Характер розвитку деформацій бетону та арматури у зразків ІІ-ої серії:
а) для одного зразка; б) усереднені для всіх зразків даної серії; 1 - деформація бетону; 2 - деформація центрально розташованих стрижнів; 3 – деформація крайових, цілком закритих стрижнів; 4 – деформація крайових частково оголених стрижнів.
Усі ці прояви деформацій арматури пов'язані з розвитком контактних напружень на місці з'єднання арматури з бетоном. Чим вищий рівень зовнішніх напружень, тим більше руйнування контактного шару, тому в крайових стрижнях деформації помітно зменшуються при збільшенні зовнішніх напружень. В експериментальних дослідженнях неодноразово було зафіксовано таке явище, як зменшення деформацій в арматурі при високих рівнях напруженого стану зразків, тобто руйнування зони контакту приводить до зменшення напружень і деформацій в арматурі. Таке явище було названо “пружиним ефектом”, яке характеризує прагнення арматури повернутись до свого початкового ненапруженого стану. На рисунку 3 це явище рельєфно відтворюється в розвитку кривої 3. В центральному стрижені (крива 2) прояви гальмування деформацій також мали місце, але не так чітко, як це зафіксовано в крайових стрижнях.
На рисунку 4 приведені деформації арматури Ж10 A-III разом із деформаціями бетону, що були визначені в VI серії. Розвиток деформацій арматури в цій серії має зовсім інший характер, ніж у попередніх серіях. Деформації арматури наближаються до деформацій бетону майже на усьому етапі завантаження. І тільки на високих рівнях є помітне відставання деформацій арматури від деформацій бетону. Пояснюється таке явище тим, що для арматури великих діаметрів з суттєвими виступами рифів контактна зона менш одноманітна, ніж у арматури зменшених діаметрів, тому порушення контактного шару для малих діаметрів відбувається пізніше порівняно с арматурою великих діаметрів. Певний вплив на розвиток деформацій і руйнування зони контакту справляє й усадка бетону. Для менших діаметрів цей вплив менший, для більших він більш виразний в зв'язку з неодноманітністю оточуючого контактного шару.
Рисунок 4 – Експериментальні дані розвитку деформацій в арматурі та бетоні при стисканні (Ж10 А-ІІІ), Rb = 2,74 кН/см2: а) для одного зразка; б) усереднені значення для зразків усієї серії VI; 1 - деформації бетону; 2 - деформації центрально розташованих стрижнів; 3 – деформації крайових, цілком закритих стрижнів.
Загальні закономірності розвитку деформацій при стисканні (тобто відставання деформацій арматури від деформацій бетону на високих рівнях напруженого стану, зменшена деформація арматури крайових стрижнів в порівнянні з центральним стрижнем) лишаються однаковими незалежно від діаметру арматури, що додатково підкреслює однотипність отриманих результатів експерименту. Оголення арматури O10 не виконувалося через складність цієї роботи.
Оцінка правомірності й надійності використання формули (16) для практичних задач була виконана при співставленні експериментальних даних деформацій арматури з теоретичними, отриманими при використанні формули (16). Розвиток деформацій аналізувався на усьому етапі завантаження аж до руйнування.
На рисунку 5 приведені експериментальні й теоретичні криві розвитку деформацій в арматурі для І і ІІ серії випробувань. На графіках можна відзначити, що до рівня навантаження (0,6ё0,7)Rb теоретичні й експериментальні значення деформацій арматури для крайових та центральних стрижнів дуже близькі, різниця складає тільки 8ё10%.
Рисунок 5 – Порівняння теоретичних та експериментальних даних для серій І (а) и ІІ (б):
– експериментальні криві деформацій: 1 – бетону; 2 – центральних стрижнів; 3 – крайових стрижнів; – теоретичні криві деформацій: 4 – центральних стрижнів; 5 – крайових стрижнів.
При рівні завантаження (0,8ё0,9)Rb ця різниця збільшується й сягає 25ё40%, що обумовлено складністю розвитку деформацій в арматурі в стадії руйнування. Проте якісні закономірності теоретичні криві описують задовільно.
Точніший результат в співставленні теоретичних та експериментальних даних дають формули для фсц (10) і для уsx (13). Ці залежності дозволяють ураховувати не тільки рівень напруженого стану бетону, місцезнаходження арматури, клас бетону, клас арматури та її діаметр, але й різний ступінь оголення арматури, що дуже важливо для оцінки впливу пошкоджень захисного шару бетону на напружено-деформований стан арматури.
На рисунку 6 приводяться графіки розвитку деформацій в арматурі в залежності від рівня напруженого стану в бетоні, отримані теоретичним шляхом для серій I і II. Тут же нанесені й експериментальні значення деформацій бетону та арматури, що має оголення 50% периметру. При високих рівнях напруженого стану мається розходження в дослідницьких і теоретичних значеннях деформацій арматури, розбіжність складає 15?40%. По окремих групах зразків дана розбіжність складала усього лише 10?15%, але для усереднених параметрів ця розбіжність виявилася істотно більшою. Вірогідно, на таку розбіжність впливає і складність розвитку деформацій арматури в період руйнування бетону і деяка неточність вимірювальних приладів. І незважаючи на це, можна вважати, що запропонований розрахунковий апарат дозволяє до експлуатаційних навантажень досить точно оцінювати напружено-деформований стан залізобетонних стиснутих елементів з врахуванням як розташування арматури в перерізі елемента, так і з урахуванням рівня напруженого стану і ступеня оголення арматури у випадку пошкодження захисного шару бетону.
Рисунок 6 – Порівняння теоретичних і експериментальних даних для серій І (а) і ІІ (б) з використанням формул (10) і (13): – експериментальні криві деформацій: 1 – бетону; 2 – центральних стрижнів; 3 – крайових стрижнів; 4 – крайових оголених стрижнів; – теоретичні криві деформацій: 5 – центральних стрижнів; 6 – крайових стрижнів; 7 – крайових частково оголених стрижнів.
Проведена статистична обробка результатів експерименту показала, що отримані дані мають задовільну щільність. Так, для крайових стрижнів в замірах деформацій арматури величина середньої помилки складає 0,7ё1,2, показник точності не перевищує 4% при допустимій точності в 5%, а коефіцієнт варіації дорівнює 14ё16%, що слід вважати задовільним показником для залізобетонних елементів. Для оголених стрижнів ці показники на 15ё20% гірші, але якісну картину вони відтворюють достатньо точно. В центральних стрижнях кількість отриманих результатів не дозволяла зробити статистичний аналіз, але розбіжність в результатах була незначна, тому за основу приймались середні значення.
Матеріали виконаних теоретичних та експериментальних досліджень були впроваджені науковою частиною Харківського “ПромбудНДІпроекту” при обстеженні і підсиленні конструкцій колон Керченського металургійного заводу, а також заводом залізобетонних конструкцій №1 (ЗЗБК-1) в м. Харкові при якісному оцінюванні виготовлених конструкцій.
ВИСНОВКИ
1. Аналіз літературних джерел по визначенню сил зчеплення між бетоном та арматурою при стисканні показав, що теоретичних та експериментальних робіт у цьому напрямку недостатньо. Особливо це стосується елементів із пошкодженням захисного шару бетону. Усі існуючі досліди ґрунтуються на аналізі розтягнутих елементів при передачі завантаження через арматуру.
2. В дисертаційній роботі використаний принцип визначення напружено-деформованого стану стиснутого елементу в представленні його як складового стрижня с завантаженням через бетон. Цей підхід дозволив відмовитись в прямій формі від загальноприйнятої гіпотези зрівняння деформацій бетону та арматури на усьому етапі завантаження стиснутого елементу. Отримана аналітична залежність для дотичних напружень в зоні контакту “бетон–арматура” без використання цієї гіпотези.
3. Запропонований розрахунковий теоретичний апарат дозволяє враховувати при визначенні напружень в стиснутій арматурі такі фактори: 1) розташування арматури в поперечному перерізі елементу; 2) рівень напруженого стану залізобетонного елементу; 3) ступінь оголення арматури захисним шаром бетону; 4) розмір діаметру арматури; 5) клас бетону по міцності на стиск. Окрім цього в даному апараті можуть враховуватись нелінійні властивості деформування бетону, повзучість та усадка, різні класи арматури.
4. В існуючих нормативних документах величина розрахункового опору арматури при стиску Rsc приймається в залежності від граничних деформацій бетону, при цьому не береться до уваги зменшення сил зчеплення в період руйнування бетону. Потрібне корегування значення Rsc в бік його зменшення в залежності від місцезнаходження арматури, її діаметру, ступіня наповнення поперечною арматурою, класу бетону, ступіня оголення арматури захисним шаром бетону.
5. Встановлена емпірична залежність між деформаціями бетону і деформаціями арматури, яка враховує зменшення сил зчеплення між бетоном та арматурою в залежності від рівня напруженого стану, місцерозташування арматури, її діаметру, класу бетону. Складені таблиці взаємозв'язку деформацій арматури с деформаціями бетону для усіх вищезгаданих факторів.
6. Аналітично та експериментально встановлені співвідношення в деформаціях бетону, центрально розташованого стрижня та крайових стрижнів. Відповідно до цих даних, центральний стрижень має менші деформації ніж бетон на 70ё90% в стадії завантаження 0,95?/Rb, а крайові стрижні ще менші, які становлять половину деформацій бетону.
7. Зафіксована в експериментальних дослідженнях тенденція повернення деформацій арматури в своє вихідне положення (“пружний ефект”). Це явище пояснюється різким порушенням контактної зони зчеплення в період високих напружень. Попередньо стиснута арматура повертається в первісне положення, тому деформації в ній уповільнюються і навіть зменшуються.
8. Дана оцінка впливу ступеня пошкодження захисного шару бетону на розвиток напружень в арматурі. При оголенні арматури менше 25% периметра зниження напружень в арматурі майже не відбувається (m = 1ч0,85), ?ри оголенні на 50% вводиться параметр m = 0,4, при оголенні на 75% m = 0,1.
9. Установлені IV категорії пошкоджень захисного шару бетону. Запропоновані рекомендації з підсилення дефектних конструкцій для кожної категорії.
10. Складена індивідуальна програма “Кобзар” (конструкції, ослаблені бетоном заармовані) для розрахунку на ПК стиснутих залізобетонних елементів із порушенням захисного шару бетону.
11. Проведені експериментальні дослідження на 42 зразках–призмах, які мали поздовжню арматуру, розташовану по кутам зразків та в центрі. Завантаження передавалось через бетон. Відмічено, що деформації арматури відстають від деформацій бетону, починаючи з рівня 0,6у/Rb. Для центральних стрижнів це відставання менше, для крайових (кутових) більше.
12. Статистична обробка результатів експерименту показала, що коефіцієнт варіації в деформаціях арматури знаходиться в межах 14ё16%, показник точності не перевищує 4,5%, середня помилка 0,7ё1,2. ці дані дозволяють оцінити експеримент як задовільний.
13. Порівняння теоретичних та експериментальних даних показало, що при рівні напруженого стану (0,5ё0,6)у/Rb співпадання теоретичних та експериментальних значень деформацій арматури високе (розходження до 10ё12%), при високих рівнях ((0,8ё0,95)у/Rb розходження сягає 30ё40%. Це розходження пояснюється складністю процесів розвитку деформацій в арматурі в стадії, близькій до руйнування, а також складністю замірів деформацій. Якісна картина розвитку деформацій арматури відтворюється однаково як в експериментальних, так і в теоретичних дослідженнях.
14. Розроблені рекомендації та пропозиції успішно використовувались в практичних питаннях обстеження та підсилення стиснутих конструкцій в проектних та будівельних організаціях.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Ле Минь Лонг, Шаповалов А.Н. Влияние продольных повреждений защитного слоя бетона на несущую способность сжатых железобетонных элементов // Науковий вісник будівництва: Зб. наук. пр. ХДТУБА ХОТВ АБУ. – Вип. 1. – Харків: Изд. дом Ватерпас, 1997. – С. 83–84.
2. Ле Минь Лонг Оценка степени сцепления арматуры с бетоном при сжатии в случае загружения бетонной части сечения // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч.-техн. сб. – №23. – К.: Техника, 2000. – С. 60–64.
3. Ле Минь Лонг Влияние сил сцепления на развитие напряжений в сжатой арматуре // Науковий вісник будівництва: Зб. наук. пр. ХДТУБА ХОТВ АБУ. – Вип. 10. – Харків: Изд. дом Ватерпас, 2000. – С. 155–159.
4. Ле Минь Лонг, Шаповалов А.Н. Влияние повреждений защитного слоя бетона в сжатых железобетонных элементах на развитие сил сцепления в зоне контакта бетона и арматуры // Науковий вісник будівництва: Зб. наук. пр. ХДТУБА ХОТВ АБУ. – Вип. 12. – Харків: Изд. дом Ватерпас, 2001. – С. 158–163.
5. Шаповалов А.Н., Ле Минь Лонг Влияние различных условий контакта сжатой арматуры с бетоном на величину напряжений в ней // Коммунальное хозяйство городов: Респ. межведом. науч.-техн. сб. – Вып. 16. – К.: Техника, 1998. – С. 48–50.
6. Шаповалов А.Н., Ле Минь Лонг Влияние различных условий охвата бетоном арматуры на развитие напряжений в арматуре // Проблеми реконструкції та експлуатації промислових та цивільних об'єктів: Зб. наук. пр. ПДАБА. – Дніпропетровськ, 1999. – С. 195–197.
7. Ле Минь Лонг Теоретическая оценка сил сцепления вертикальной арматуры с бетоном при нарушениях сплошности бетона // Тезисы докладов XXIX науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и студентов ХГАГХ: “Строительство, архитектура и экология”. – Харьков, 1998. – С. 8–9.
8. Ле Минь Лонг Анализ совместной работы арматуры и бетона в сжатых железобетонных элементах // Тезисы докладов XXX науч.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ: “Строительство, архитектура и экология”. – Ч. 1, Харьков, 2000. – С. 9.
АНОТАЦІЯ
Ле Мінь Лонг Вплив локальних пошкоджень захисного шару бетону в стиснутих залізобетонних елементах на напружено-деформований стан арматури. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Харківська державна академія залізничного транспорту, Харків, 2001.
Дисертація присвячена побудові наукових принципів розрахунку стиснутих залізобетонних елементів, які мають різні пошкодження захисного шару бетону під впливом технологічних, експлуатаційних, аварійних та інших умов. Розглядається модель стиснутого елементу як умовно складового стрижня з елементами жорсткості в зоні контакту бетон-арматура.
Теоретично визначаються дотичні напруження в зоні контакту, на основі чого можна знайти деформації та напруження в арматурі з урахуванням таких факторів: рівень напруженого стану, місцерозташування арматури, діаметр арматури, клас бетону та арматури, ступінь оголення арматури.
На основі проведених експериментів встановлена емпірична залежність між деформаціями арматури та бетону. Встановлено, що деформації арматури не дорівнюють деформаціям бетону, особливо при високих рівнях завантаження. Деформації арматури зменшуються порівняно з деформаціями бетону.
Запропонована методика оцінки різних пошкоджень захисного шару бетону (IV категорії пошкоджень), на основі чого визначається залишкова несуча здатність залізобетонного елементу.
З урахуванням залишкової несучої здатності назначаються різні методи підсилення пошкоджених елементів.
Розроблена методика визначення напружень та деформацій в арматурі при пошкодженні захисного шару бетону впроваджена в проектних, науково-дослідних організаціях та заводах залізобетонних конструкцій.
Ключові слова: стискання, залізобетонний елемент, зчеплення, пошкодження, захисний шар бетону, контактна зона, деформація і напруження арматури, несуча здатність.
аннотация
Ле Минь Лонг Влияние локальных повреждений защитного слоя бетона в сжатых железобетонных элементах на напряженно-деформированное состояние арматуры. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – строительные конструкции, здания и сооружения. – Харьковская государственная академия железнодорожного транспорта, Харьков, 2001.
Диссертация посвящена построению научных принципов расчета сжатых железобетонных элементов, которые имеют различные повреждения защитного слоя бетона под влиянием технологических, эксплуатационных, аварийных и других условий. Рассматривается модель сжатого элемента как составного стержня с элементами жесткости в зоне контакта бетон–арматура.
Теоретически определены касательные напряжения в зоне контакта, на основе чего можно найти деформации и напряжения в арматуре с учетом таких факторов: уровень напряженного состояния, месторасположение арматуры, диаметр арматуры, класс бетона и арматуры, степень оголения арматуры.
При теоретическом анализе поставленной задачи рассматривался вопрос определения касательных напряжений фсц в зоне контакта и напряжений в арматуре уsx сжатых элементов с использованием традиционных решений, но с передачей нагрузки через бетон, и с учетом расчетной модели в виде составного плоского стержня по предложению А.Р.Ржаницына также с передачей нагрузки через бетон.
Традиционное решение не давало специфики развития напряжений в сжатой арматуре, заключающееся в уменьшении этих напряжений при высоких уровнях напряженного состояния, использование предложенной модели приближало теоретические значения фсц и уsx к экспериментальным данным.
Проанализирована предельная сжимаемость бетонов еR с учетом максимального значения сжимающих напряжений в бетоне Rb и с учетом ниспадающей ветви еb,u. Такой анализ показал, что для определения максимальных напряжений в арматуре при сжатии более существенным параметром является еR. Средняя его величина может быть принята еR = 1,8‰.
Степень оголения арматуры и влияние этого оголения на распределение напряжений в арматуре оценивается усредненным параметром m, который определяется как отношение площади охвата касательных напряжений по неполному периметру арматуры к площади охвата по полному периметру, т.е. по кольцу. Для оголения на 50% периметра m = 0,38ч0,4, ?ля оголения на 25% m = 0,75ч0,9. ?оэффициент m вводится сомножителем к напряжениям в арматуре, полученным теоретическим путем.
Установлены IV категории повреждения защитного слоя бетона: I (незначительное повреждение) – оголение арматуры меньше 25% периметра (m = 0,9ч1); II (?иксированное) – оголение более 25% (m = 0,68ч0,75); III (?асчетное) – оголение от 30% до 50% периметра арматуры (m = 0,4ч0,5); IV (?резмерное) – оголение 75% и более (m = 0,1). Для III и IV категорий требуется локальное усиление сжатого железобетонного элемента. Такой подход имеет практическое значение при обследовании зданий и сооружений и позволяет рационально назначать схему усиления.
На основе проведенных экспериментов установлена эмпирическая зависимость между деформациями арматуры и бетона. Установлено, что деформации арматуры не равняются деформациям бетона, особенно при высоких уровнях загружения. Деформации арматуры меньше по сравнению с деформациями бетона.
Деформации краевых стержней меньше деформаций центрально расположенного стержня на 50%?60% и более при высоких уровнях напряженного состояния (у/Rb = 0,8ч0,9). ?тмечен эффект возврата деформаций арматуры к уменьшенным ее значениям, что объясняется резким нарушением контактного слоя бетона в стадии, близкой к разрушению. Данное явление четко проявляется в краевых стрежнях и менее выражено в центральных.
Сопоставление теоретических и экспериментальных данных дало удовлетворительные результаты до уровня у/Rb = 0,85, при более высоких уровнях расхождение в данных составляет 20?40%.
Предложенный теоретический аппарат расчета ослабленных в защитном слое сжатых железобетонных элементов позволяет обоснованно определять остаточную несущую способность этих элементов и принимать экономически оправданную в необходимых случаях схему усиления.
Разработанная методика определения напряжений и деформаций в арматуре при повреждении защитного слоя бетона внедрена в проектных, научно-исследовательских организациях и заводах железобетонных конструкций.
Ключевые слова: сжатие, железобетонный элемент, сцепление, повреждение, защитный слой бетона, контактная зона, деформация и напряжение арматуры, несущая способность.
ANNOTATION
Le Minh Long Influence of local damages of a concrete cover in the compressed reinforced concrete elements on stress and strain state of the fixture. – Manuscript.
The thesis for the degree of Candidate of Science (Engineering) by the speciality 05.23.01 – building constructions, buildings and structures. – Kharkov state academy of railway transport, Kharkov, 2001.
The dissertation is devoted to construction of scientific principles of design of the compressed reinforced concrete elements, which have various damages of a concrete cover under influence of technological, operational, emergency and other conditions. The model of the compressed element as built-bar with elements of rigidity in a contact zone of the concrete-fixture is considered.
Tangent tensions in a contact zone are defined theoretically. On the basis of that it is possible to find deformations and stresses of the fixture with the account of such factors: a level of the stress and strain state, site of the fixture, diameter of the fixture, class of concrete and fixture, denudation degree of the fixture.
On the basis of the carried out experiments the empirical dependence between deformations of the fixture and concrete is established. It is established that the deformations of the fixture are not equaled to deformations of concrete, especially at high levels of loading. The deformations of the fixture are less in comparison with deformations of concrete.
The procedure of an estimation of various damages of a concrete cover (4 categories of damages) is offered, on the basis of that the residual load-carrying ability of a reinforced concrete element is defined.
With the account of residual load-carrying ability the different methods of strengthening of defective units are nominated.
The developed method of definition of stresses and deformations of the fixture at damage of a concrete cover is introduced in design-research organizations and reinforced concrete designs factories.
Key words: compression, reinforced concrete element, coupling, damage, concrete cover, contact zone, deformation and stress of the fixture, load-carrying ability.
ЛЕ МІНЬ ЛОНГ
Вплив локальних ПОшкоджень захисного шару
бетону в стиснутих залізобетонних елементах
на напружЕно-деформований стан арматури
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Відповідальний за випуск Попельнух В.М.
Підписано до друку 25.04.2001 р. Формат 60х84 1/16.
Папір для копіювальних апаратів.
Печатка на різографі. Умовн.-друк. арк. 1,0. Обл.-вид. арк. 1,2
Зам. № 1875. Тираж 100 прим.
Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХДАМГ
61002, Харків, вул. Революції, 12