Підсилення стиснутої зони як засіб відновлення експлуатаційних якостей залізобетонних згинальних елементів - Автореферат

Використання сучасних високоміцних матеріалів для підсилення вимагає відповідних способів розрахунку, які могли б відображати реальний напружено-деформований стан підсилених конструкцій. До сьогодні практично не існує відповідного узагальнення оцінювання міцності, тріщиностійкості та деформативності підсилених конструкцій при різних властивостях підсилюючого матеріалу, особливо, при підсиленні елементів у стиснутій зоні. виявити вплив деформаційних властивостей використовуваних підсилюючих матеріалів (сталефібробетону, полімербетону, дрібнозернистого бетону) у стиснутій зоні на несучу здатність елемента; використати нові сучасні методи розрахунку за деформаційною моделлю при визначенні несучої здатності балок, а результати порівняти з існуючим методом розрахунку за граничними зусиллями; уточнити методику розрахунку елементів, підсилених у стиснутій зоні за другою групою граничних станів: визначити моменти тріщиноутворення, ширину розкриття тріщин, деформації, прогини балок;У вступі розкрито суть і стан наукової проблеми, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, викладені мета, основні завдання дослідження, наукова новизна та практична цінність. Вирішено для співставлення у підсилюваному шарі, окрім важкого дрібнозернистого бетону використати сучасні матеріали, які у останні роки широко застосовують при підсиленні залізобетонних конструкцій це сталефібробетон та полімербетон. Далі наведено аналіз існуючих методів розрахунку залізобетонних конструкцій, підсилених шарами сталефібробетону, полімербетону, відмічено недосконалість цих методів. Закінчується перший розділ оглядом експериментальних досліджень підсилених у стиснутій зоні залізобетонних згинальних елементів і сформульована задача досліджень. У другому розділі наведено методику експериментальних досліджень залізобетонних згинальних елементів, підсилених нарощуванням стиснутої зони шарами сталефібробетону, полімербетону, армованого полімербетону та дрібнозернистого армованого бетону.В першій стадії напружено-деформативного стану бетон підсилюваного елементу по відношенню до підсилюючого шару, крім дрібнозернистого бетону є менш деформативним матеріалом і стримує зростання деформацій шару підсилюючого бетону по усій площі контакту з бетоном стиснутої зони підсиленої балки. Слід звернути увагу на те, що в балках усіх серій, які були попередньо навантаженні, ширина розкриття тріщин була практично однаковою. Наприкінці другої стадії напружено-деформативного стану у центральній частині деяких підсилених балок починається часткове розшарування, яке становить 8…15 % довжини зони зчеплення підсилюючого шару бетону та бетону основної конструкції балки. Початок третьої стадії напружено-деформативного стану нормального перерізу балок характеризується перерозподілом напружень у стиснутій зоні з бетону балок на підсилюючий шар. Розрахункова схема деформацій та напружень при визначенні несучої здатності балок, підсилених у стиснутій зоні: а - поперечний переріз; б - епюра деформацій у випадку коли стиснута зона охоплює підсилюючий шар; в - спрощена епюра напружень, коли нейтральна вісь перетинає шар підсилення; г - схема ітерацій; 1 - підсилювана конструкція; 2 - шар підсилення.Результати експериментальних досліджень визначення міцнісних та деформативних властивостей основного бетону дослідних зразків та бетонів підсилення показали, що встановлені нормами та рекомендаціями характеристики у своїй більшості співпадають з отриманими у проведених дослідженнях. Напружено-деформований стан підсилених балок усіх серій до останнього етапу руйнування змінюється практично однаково. Завдяки підвищеному зчепленню полімербетону з основним бетоном балки, внаслідок пенетрації розшарування стиснутої зони не відбувається. Стиснута зона зразка працює сумісно до повного руйнування, після чого балка розколюється навпіл. Найбільше прирощення несучої здатності, у межах 24…26 %, виявилося у балках підсилених шаром полімербетону, а найменше збільшення несучої здатності - 13…17 % при підсилені армованим дрібнозернистим бетоном.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Результати експериментальних досліджень визначення міцнісних та деформативних властивостей основного бетону дослідних зразків та бетонів підсилення показали, що встановлені нормами та рекомендаціями характеристики у своїй більшості співпадають з отриманими у проведених дослідженнях.

2. Руйнування усіх серій підсилених балок відбувається за нормальними перерізами. Характер руйнування - пластичний. Напружено-деформований стан підсилених балок усіх серій до останнього етапу руйнування змінюється практично однаково. Відмінності у характері руйнування відбуваються тільки на останньому етапі. Зразки балок, підсилених шаром сталефібробетону та дрібнозернистого бетону, зруйнувалися внаслідок руйнування контактної зони на відстані між прикладеними вертикальними зусиллями. При цьому стиснута зона балок підсилення лишилася практично не зруйнованою. У балках, підсилених армованим і неармованим шаром полімербетону. Завдяки підвищеному зчепленню полімербетону з основним бетоном балки, внаслідок пенетрації розшарування стиснутої зони не відбувається. Стиснута зона зразка працює сумісно до повного руйнування, після чого балка розколюється навпіл.

3. Згідно результатів, отриманих після проведення експерименту, несуча здатність усіх підсилених дослідних зразків збільшилася на 1,1…1,3 разів. Найбільше прирощення несучої здатності, у межах 24…26 %, виявилося у балках підсилених шаром полімербетону, а найменше збільшення несучої здатності - 13…17 % при підсилені армованим дрібнозернистим бетоном.

4. Співставлення експериментальних і теоретичних даних міцності непідсилених залізобетонних елементів одержаних в результаті обчислень за чинними нормами та новою запропонованою деформаційною моделлю показує, що теоретичні значення близьки до експериментальних, причому розрахункові величини майже не відрізняються між собою. Однак, деформаційний метод дозволяє визначити ступінь використання стиснутої зони бетону, а у розглядуваному випадку - ефективність використаних шарів підсилення.

5. Найбільше підвищення тріщиностійкості спостерігається у балках підсилених полімербетоном, у межах 34…40 %. На другому місці - балки підсилені полімербетоном, де підвищення становить 35…39 %. Балки підсилені сталефібробетоном мають підвищення тріщиностійкості 34…38 %. Найменше підвищення - у балках підсилених традиційним дрібнозернистим бетоном - менше 10 %.

6. Випробування показали, що непідсилені балки серії Б при експлуатаційному рівні навантаження мають =0,18…0,21 мм. Підсилені балки решти серий підсилені мали =0,11…0,15 мм. Тільки балки серії БПА показали найменшу ширину розкриття тріщин, яка дорівнювала 0,06…0,08 мм. Встановлено, що різні способи підсилення мало впливають на ширину розкриття тріщин.

7. Підсилення залізобетонних балок у стиснутій зоні позитивно впливає на змінення прогинів. При експлуатаційному рівні навантаження прогини усіх серій досліджуваних підсилених балок зменшилися у середньому на 10…20 % у порівняні з прогинами контрольних непідсилених балок серії Б.

8. Розрахунки експериментальних зразків-балок за другою групою граничних станів з урахуванням змін до СНИП, рекомендованих Держбудом України, показують задоволені результати. Розбіжність між експериментальними і теоретичними результатами не перебільшує 20 %.

9. Результати випробувань балок свідчать про те, що при експлуатаційному рівні навантаження підсилені елементи відповідають вимогам чинних норм з точки зору другої групи граничних станів, тобто за тріщиностійкістю та деформативністю.

1. Сухоносова І.В. Підсилення залізобетонних згинальних елементів у стиснутій зоні сучасними матеріалами / Наукові нотатки. - Луцьк, 2003. - Випуск 13. - С. 335-339.

2. Сухоносова І.В. Методика експериментальних досліджень залізобетонних балок, підсилених у стиснутій зоні / Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне: Видавництво УДУВГП, 2004. - Випуск 11. - С. 379-384.

3. Задорожнікова І.В. Огляд експериментальних досліджень підсилення стиснутої зони залізобетонних згинальних елементів / Тези XIX- оі науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу. - Луцьк: Н.-н. Відділ ЛДТУ, 2004-192 с.

4. Барашиков А.Я., Задорожнікова І.В. Спрощені розрахунки несучої здатності нормальних перерізів згинальних залізобетонних елементів за деформаційною моделлю / Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне: Видавництво УДУВГП, 2005. - Випуск 12. - С. 109-116.

5. Задорожнікова І.В. Розрахунок контактних швів / Тези XX-ої науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу. - Луцьк: Н. -н. Відділ ЛДТУ, 2005-101 с.

6. Задорожнікова І.В. Розрахунок згинальних залізобетонних елементів підсилених у стиснутій зоні шаром полімербетону / Коммунальное хозяйство городов. - Киев "Техніка", 2005. - Выпуск 67. - С. 42-46.

7. Задорожнікова І.В. Експериментальні дослідження міцності підсилених у стиснутій зоні залізобетонних балок / Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне: Видавництво НУВГП, 2005. - Випуск 13. - С. 356-362.

8. Задорожнікова І.В. Методика розрахунку міцності перерізів, нормальних до поздовжньої осі балок, підсилених у стиснутій зоні шаром сталефібробетону / Наукові нотатки. - Луцьк, 2005. - Випуск 15.С. 98-103.