Стінові елементи з конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону при позацентровому навантаженні

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ПОСТЕРНАК ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСІЙОВИЧ

УДК 624.046:624.044:539.383:691.327:666.973.6

СТІНОВІ ЕЛЕМЕНТИ З КОНСТРУКЦІЙНО - ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНОГО БЕЗАВТОКЛАВНОГО ПІНОБЕТОНУ ПРИ ПОЗАЦЕНТРОВОМУ НАВАНТАЖЕННІ

05.23.01- будівельні конструкції,

будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття

наукового ступеня кандидата

технічних наук

ОДЕСА-2010

ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва та архітектури (ОДАБА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент

Костюк Анатолій Іванович,

Одеська державна академія будівництва та архітектури,

директор інженерно-будівельного інституту.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Семко Олександр Володимирович,

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка,

завідувач кафедри архітектури і міського будівництва (м. Полтава);

кандидат технічних наук, доцент

Ромашко Василь Миколайович,

Національний університет водного господарства та природокористування,

доцент кафедри міського будівництва і господарства (м. Рівне).

Захист відбудеться 23.02.2010р. о_11_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01 при Одеській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4, а. 360.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий 22.01.2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01

канд. техн. наук, доцент В.М. Карпюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Актуальність теми. В умовах економічної кризи особливо доцільне широке впровадження у сферу будівництва прогресивних енергоекономічних проектно-конструкторських рішень з використанням теплоефективних стінових конструкцій та матеріалів. Таким матеріалом є ніздрюватий бетон, який, маючи унікальні теплофізичні властивості, забеспечує створення сприятливих та комфортних умов для життєдіяльності людини. Ніздрюватий бетон є одним з найбільш перспективних будівельних матеріалів, визнаних будівельниками більшості країн Європи, який отримав широке поширення як конструкційно-теплоізоляційний матеріал для виготовлення огороджувальних конструкцій будівель та споруд. Пінобетон і вироби з нього ефективні та доцільні, тим більше, що на законодавчому рівні було прийнято рішення Кабінету Міністрів України від 26 травня 2004 року № 684 «Програма розвитку виробництва ніздрюватобетонних виробів і їх застосування в будівництві на 2005...2011 роки». Широке використання пінобетону у будівництві дозволить знизити транспортні витрати, зменшити у 5...6 разів витрати стінових матеріалів, зменшити трудомісткість зведення житла, значно зменшити навантаження на фундаменти і, тим самим, скоротити матеріалоємність зведення будівель. З огляду на те, що актуальним залишається питання економії мінеральних ресурсів при одночасному забезпеченні несучої здатності, міцності та деформативності стінових елементів, виникла необхідність дослідження впливу структури і армування на характеристики, напружено-деформований стан, характер руйнування стінових елементів із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону при позацентровому стиску.

Зв'язок роботи з науковими програмами й темами. Дисертаційна робота виконана як складова частина держбюджетної науково-дослідної роботи кафедри залізобетонних та кам'яних конструкцій Одеської державної академії будівництва та архітектури на 2006...2010 роки.: “Дослідження напружено-деформованого стану та розрахунок елементів пошкоджених залізобетонних конструкцій”, пункт 1.7. “Дослідження властивостей пінобетонів неавтоклавного твердіння та конструкцій з них” (номер держреєстрації 0104U007342).

Метою роботи є розробка рекомендацій до розрахунку несучої здатності позацентрово стиснутих стінових елементів із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону, а також дослідження їхніх характеристик міцності та деформативності при зміні мінерального наповнювача за короткочасного та довготривалого навантаження.

Задачі дослідження:

- дослідити несучу здатність позацентрово стиснутих стінових елементів із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону при зміні наповнювача та армування;

- експериментально дослідити напружено-деформований стан і характер руйнування позацентрово стиснутих стінових елементів;

- встановити коефіцієнт б для розрахунку позацентрово стиснутих конструкційно-теплоізоляційних безавтоклавних пінобетоних стінових елементів на дію стискаючої поздовжньої сили при зміні наповнювача та армування;

- розробити рекомендації до розрахунку позацентрово стиснутих стінових елементів із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону на дію стискаючої поздовжньої сили;

- експериментально дослідити вплив наповнювача на механічні характеристики конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону;

- дослідити деформації усадки та повзучості конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону при зміні наповнювача.

Об'єкт дослідження - стінові елементи із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону.

Предмет дослідження - несуча здатність і деформативність позацентрово стиснутих стінових елементів, виконаних з конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону.

Методи дослідження: метод механічного випробування зразків навантаженням з використанням електротензометрії, механічного способу виміру переміщень і фотофіксації схем руйнування. Методи статистичної обробки експериментальних даних з використанням програмного забеспечення, діалогової системи COMPEX, порівняння і узагальнення теоретичних та експериментальних даних.

Наукова новизна отриманих результатів. До теперішнього часу відсутні дані щодо дослідження позацентрово стиснутих стінових елементів з конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону з урахуванням впливу мінерального наповнювача. Подібні дослідження виконані вперше. На їхній основі встановлено наступне:

- запропоновані поліноміальні залежності міцності та деформативності конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону та вивчено вплив кількості наповнювача та його дисперсності на ці характеристики;

- запропоновані поліноміальні залежності деформацій усадки та повзучості конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону від кількості та дисперсності наповнювача, досліджено їхній вплив на ці характеристики;

- досліджено напружено-деформований стан і характер руйнування позацентрово стиснутих стінових елементів при зміні структури пінобетону;

- запропоновані поліноміальні залежності несучої здатності позацентрово стиснутих стінових елементів та коефіцієнта б від кількості та дисперсності кварцового наповнювача, вивчено їхній вплив на ці характеристики;

- запропоновані диференційовані значення коефіцієнта б для розрахунку позацентрово стиснутих стінових елементів із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону на дію стискаючої поздовжньої сили.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані поліноміальні залежності впливу кількості та дисперсності наповнювача на міцнісні, деформативні та фізичні характеристики конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону, а також на несучу здатність та коефіцієнт б стінових елементів. Запропоновані диференційовані значення коефіцієнту б для розрахунку позацентрово стиснутих пінобетонних стінових елементів у залежності від дисперсності та кількості наповнювача. Результати дисертаційної роботи використовуються у науково-дослідній роботі студентів, в проектуванні та на виробництві стінових конструкцій (ТОВ «Укрбудкомплект», ПП «Проект»).

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно отримані наступні результати:

- встановлені поліноміальні залежності характеристик міцності, початкового модуля пружності, відносних деформацій усадки та повзучості конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону від кількості наповнювача та його дисперсності, вивчено вплив цих факторів на вказані характеристики;

- досліджено напружено-деформований стан та характер руйнування стінових елементів;

- вивчено вплив і встановлені поліноміальні залежності кількості та дисперсності кварцевого наповнювача на несучу здатність та коефіцієнт б позацентрово стиснутих конструкційно-теплоізоляційних безавтоклавних пінобетонних стінових елементів;

- запропоновані діференційовані значення коефіцієнта б для врахування у розрахунках стінових елементів з конструкційно-теплоізоляційного неавтоклавного пінобетону на дію стискаючої поздовжньої сили.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи обговорювалися на науково-технічній конференції «До 100-річчя від дня народження д.т.н., проф. Єременка П.Л.» (Одеса, 2006р.); ІІ міжнародній науково-технічній інтернет-конференції «Будівництво, реконструкція та відновлення будівель міського господарства» (Харків, 2007р.); IV міжнародній науково-практичній конференції «Vedeckэ prщmysl evropskйno kontinentu - 2008» (Прага, 2008р.); IV міжнародній науково-практичній конференції «Wyksztaіcenie i nauka bez granic - 2008» (Пржемисл, 2008р.); V міжнародній науково-практичній конференції «Moderni vymoћenosti vedy - 2009» (Прага, 2009р.); V міжнародній науково-практичній конференції «Dny vedy - 2009» (Прага, 2009р.); науково-технічних конференціях Одеської державної академії будівництва та архітектури у 2006...2009 роках.

Основний зміст дисертації викладений у 6 друкованих працях, у виданнях затверджених ВАК України як фахові.

Обсяг роботи. Дисертація містить вступ, 4 розділи, висновки, список використаних джерел та п'ятьох додатків. Робота виконана на 167 сторінках, у тому числі 114 сторінок основного тексту, 16 сторінок списку використаних джерел, 29 - рисунків, 21 - таблиць, 28 - додатків. Бібліографічний список нараховує 165 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність обраної теми дисертаційної роботи, сформульована її мета, визначені наукова новизна й практична цінність.

У першому розділі наведений огляд конструкцій і виробів з ніздрюватих бетонів, які застосовуются у цивільному будівництві.

Розробкою й вдосконаленням панельних конструкцій стін на основі ніздрюватих бетонів займалися О.Т. Баранов, М.Я. Крівіцький, І.Т. Кудрашев, Н.І. Левін, В.В. Макарічев, Т.Г. Маклакова, О.П. Меркін, Н.В. Морозов, В.О. Пінскер, В.М. Ромашко, О.В. Семко, Н.Я. Співак, та інші. На основі робіт вище згаданих вчених отримані узагальнені відомості про конструкції і вироби із ніздрюватих бетонів та ефективність їхнього використання у цивільному будівництві.

Питаннями аналізу организації структури пінобетону переймалися такі вчені, як: О.Т. Баранов, В.І. Большаков, Е.Г. Величко, В.М. Вировий, В.А. Вознесенський, Б.М. Гладишев, Г.Д. Дібров, Б.Н. Кауфман, О.Г. Комар, П.Г. Комохов, В.О. Мартиненко, В.І. Мартинов, О.П. Меркін, В.О. Пінскер, Г.П. Сахаров та інші. На основі аналізу робіт вищенаведених вчених розлянуті етапи розвитку пінобетону з моменту першого отримання і до теперішнього часу у нашій країні і за кордоном. Розглянуто фізико-механічні характеристики пінобетону. Проаналізовано вплив мінеральних наповнювачів на організацію структури пінобетону.

Виконаний аналіз розвитку способів розрахунку позацентово стиснутих стінових елементів на дію стискаючої повздовжньої сили показує, що для більш повного використання властивостей матеріалу потрібне уточнення структури ніздрюватого бетону за рахунок більш раціонального використання коефіцієнта б.

Другий розділ присвячений дослідженню фізико-механічних характеристик матеріалу стінових елементів з конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону щільністю 800±50 кг/м³.

В експерименті в якості в'яжучого застосовувався портландцемент марки ПЦ I - 500. В якості наповнювача прийнятий дрібний кварцовий пісок з різною питомою поверхнею S_y=200, 400 і 600 м²/кг, попередньо розмелений у кульовому млині (табл.1). Як заповнювач для дослідних зразків застосовувався річковий пісок, а в якості піноутворювача - ПБ-2000 (Росія, м. Іваново).

Таблиця 1. Умови планування експерименту

Фактори	Рівні варіювання	Інтервал зміни
Натуральний вид	Кодований вид	-1	0	+1
Кількість наповнювача (Н), %	Х1	5	10	15	5
Дисперсність наповнювача (Sy), м2/кг	(W1; W2; W3)	200	400	600	200

Для одержання експериментальних даних по дослідженню пінобетонних стінових елементів та зразків був виконаний експеримент з використанням апарату математичного планування, розробленого д.т.н., проф. Вознесенським В.А., що базується на експериментально-статистичній поліноміальній моделі:

Y=A1w1+ A12w1w2+D11w2x1 +b11x1² +

+A₂w₂+A₁₃w₁w₃+D₂₁w₂x₁+ (1)

+A₃w₃+A₂₃w₂w₃+D₃₁w₃x₁.

Експериментальні дослідження проводились на зразках - кубах з розмірами 10х10х10 см, на зразках - призмах з розмірами 10х10х40 см і на армованих зразках - моделях стінових елементів з розмірами 60х80х14 см. При цьому, відтворювалися властивості об'єкта - оригіналу на його аналогу - моделі, дотримуючись умов точної (лінійної) або простої подоби.

Дослідні моделі стінових елементів (рис. 1,2) армувалися звареними просторовими каркасами з арматурного дроту класу Вр-1 Ш3мм (СП-1_А…СП-11_А), Ш4мм (СП-1_Б…СП-11_Б; СП-2ґ_А…СП-4ґ_А) і арматури класу А240С Ш6мм (СП-1_В…СП-11_В; СП-2ґ_Б…СП-4ґ_Б).

Дослідні зразки виготовляли серіями (3 куби, 8 призм і 3 (5) моделей стінових панелей з різним коефіцієнтом армування) у виробничих умовах.

Для дослідження напружено-деформованого стану експериментальних моделей стінових елементів (рис. 3, 4) і зразків-призм використовувалися дротяні тензорезистори на паперовій основі з базою 50 мм (ТР1…ТР60), які підключалися до автоматизованого комплексу. Для додаткового виміру зазначених деформацій з метою контролю на бічні грані моделі

встановлювали індикатори годинникового типу: Т1, Т2, Т5, Т6 на базі 400 мм із ціною поділки 0,01 мм (поздовжні деформації), Т3, Т4, Т7, Т8 на базі 600 мм із ціною поділки 0,001 мм (поперечні деформації). Для контролю горизонтального зсуву моделей із площини (прогин у горизонтальному напрямку) по вертикальній осі бічної грані встановлювали прогиноміри П1...П3 із ціною поділки 0,01мм. Під час витримки зразка під навантаженням, аж до руйнування, велося візуальне спостереження за тріщинами. Їхня поява і ширина розкриття фіксувалась за допомогою переносного мікроскопу МПБ-2 з 24-х кратним збільшенням.

У кожній точці плану контролювалися відносні деформації усадки (е_sh) та питомі відносні деформації повзучості C(t, t₀, у) (табл.2). Після проведення всіх випробувань були отримані основні фізико-механічні характеристики, які наведені в табл. 2, та в системі COMPEX розраховані коефіцієнти експериментально-статистичних моделей .

стіновий елемент пінобетон міцність

Таблиця 2. Основні фізико-механічні характеристики конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону

№ досліду	R, МПа	Rb, МПа	Кпп= Rb/ R	Еb, МПа	еsh(720), мм/м	у(t0)=0,6Rb(t0)
						есс(720), мм/м	C(t, t0, у)·104, МПа-1
1	3,95	3,60	0,911	2750	2,798	2,19	10,14
2	6,49	5,90	0,909	4200	2,473	2,42	6,84
3	5,09	4,60	0,904	3800	2,905	2,12	7,68
4	5,56	5,00	0,899	3900	2,833	2,42	7,47
5	4,39	3,90	0,888	3250	2,771	2,18	9,32
6	3,79	3,40	0,897	2600	2,581	2,20	10,78
7	2,01	1,80	0,896	2300	2,338	1,91	17,68
8	4,36	3,90	0,894	2900	2,145	2,18	9,32
9	4,19	4,00	0,954	2850	2,357	2,17	9,04
10	3,60	3,20	0,889	2650	2,221	2,21	11,51
11	4,90	4,40	0,898	3600	2,551	2,15	8,14

Третій розділ. Проаналізовано вплив кількості мінерального наповнювача, а також його дисперсності на величину призмової міцності пінобетону у віці 28 діб та розрахована поліноміальна залежність (2). Застосування кварцових наповнювачів у заданих межах дозволяє змінювати R_b²⁸ від 1,6 до 6,6 МПа.

ln (R_b²⁸х10^-1) = 3,526w₁ + 0,755w₁w₂ + 0,340w₁x₁ - 0,295x₁² +

+ 4,160w₂ ± 0w₁w₃ + 0,201w₂x₁ + (2)

+ 4,042w₃ ± 0w₂w₃ + 0,058w₃x₁.

Досліджено вплив мінерального наповнювача, а також його дисперсності на величину початкового модуля пружності у віці 28 діб та розрахована поліноміальна залежність (3). Застосування кварцових наповнювачів у заданих межах дозволяє змінювати Е_b²⁸ від 2300 до 4200 МПа.

Вивчено відносні деформації усадки (рис. 5) та питомі відносні деформації повзучості (рис. 6) пінобетону з урахуванням зміни наповнювача і встановлені поліноміальні залежності для їхнього обчислення (4) і (5). Відносні деформації усадки змінюються від 2,145 до 2,905 мм/м. При цьому, максимальні значення е_sh (2,778…2,905 мм/м) отримані при Н=10…15% і превалюючій дисперсності 600 м²/кг, а мінімальні значення е_sh (2,145…2,37 мм/м) отримані при Н=5…10% та превалюючій дисперсності 200 м²/кг. Величина цієї характеристики знаходиться у межах нормативних значень. Питомі відносні деформації повзучості змінюються від 4,95 до 17,68·10^-4 МПа^-1, при цьому, максимальне значення C(t,t₀,у) =17,68·10^-4 МПа^-1 отримано при Н=5% та дисперсності 200 м²/кг, а мінімальне значення C(t,t₀,у) =4,95·10^-4 МПа^-1 отримано при Н=10% та дисперсності 400 м²/кг.

ln E_b²⁸ = 7,863w₁ + 0,102w₁w₂ + 0,090w₁x₁ - 0,032x₁² +

+ 8,190w₂ ± 0w₁w₃ + 0,185w₂x₁ + (3)

+ 8,131w₃ - 0,098w₂w₃ + 0,144w₃x₁.

е_sh(720) = 2,581w₁ - 0,084w₁w₂ + 0,230w₁x₁ - 0,013x₁² +

+ 2,322w₂ - 0,322w₁w₃ + 0,164w₂x₁ + (4)

+ 2,644w₃ + 0,576w₂w₃ + 0,274w₃x₁.

C(t,t₀,у) x 10³ = 1,078w₁ - 0,796w₁w₂ - 0,377w₁x₁ + 0,313x₁² +

+ 0,495w₂ + 0,164w₁w₃ - 0,124w₂x₁ + (5)

+ 0,523w₃ + 0,084w₂w₃ - 0,068w₃x₁.

Четвертий розділ. Розрахунок стиснутих пінобетонних стінових елементів (в тому числі армованих симетричною конструктивною арматурою) при величині ексцентриситета 0 < е₀ ? 0,225h і розрахунковій довжині l₀ ? 20h виконується за умови:

N ? б ц_b R_b A ш₀, (6)

де N - поздовжня стискаюча сила, кН;

б - коефіцієнт, прийнятий рівним для бетону: б=0,85 - ніздрюватого автоклавного; б=0,75 - ніздрюватого безавтоклавного;

ц_b - коефіцієнт, що залежить від навантаження (N_l/N) і розмірів (l₀/h);

R_b - призмова міцність, МПа;

A - площа поперечного перерізу елемента, м²;

ш₀ - структурний коефіцієнт, що враховує вплив ексцентриситета та приймається рівним

.

Досліджено вплив армування та мінерального наповнювача на несучу здатність пінобетонних моделей стінових елементів і встановлені поліноміальні залежності (7)...(9). Застосування наповнювачів дозволяє змінювати несучу здатність від 110 до 430 кН, при цьому максимальні значення N^exp (423…421 кН) отримані при Н=10...12,5% і S_y=400 м²/кг, а мінімальне значення N^exp (110 кН) отримано при Н=5% і S_y=200 м²/кг.

Таблиця 3. Характеристики моделей стінових елементів

№ досліду	acrc, мм	f cr, мм
	А	Б	В	А	Б	В
1	0,11	0,11	0,13	1,91	1,97	2,11
2	0,21	0,21	0,22	2,96	2,98	3,16
3	0,23	0,24	0,24	2,43	3,41	3,49
4	0,19	0,19	0,18	2,67	2,61	2,59
5	0,15	0,16	0,16	2,18	2,21	2,27
6	0,11	0,12	0,12	2,19	2,13	2,12
7	0,09	0,10	0,10	2,24	2,24	2,26
8	0,17	0,18	0,18	2,64	2,66	2,67
9	0,18	0,19	0,19	2,69	2,69	2,71
10	0,09	0,09	0,09	2,32	2,35	2,37
11	0,20	0,21	0,21	2,84	2,87	2,91
2ґ	0,23	0,22	0,23	2,11	2,22	2,31
3ґ	0,21	0,23	0,24	2,43	2,46	2,51
4ґ	0,21	0,19	0,19	2,37	2,33	2,32

ln N_A^exp = 5,357w₁ + 0,881w₁w₂ + 0,356w₁x₁ - 0,301x₁²+

+ 6,048w₂ - 0,252w₁w₃ + 0,138w₂x₁+ (7)

+ 5,922w₃ - 0,059w₂w₃ + 0,096w₃x₁.

ln N_Б ^exp = 5,361w₁ + 0,903w₁w₂ + 0,358w₁x₁ - 0,303x₁²+

+ 6,057w₂ - 0,203w₁w₃ + 0,137w₂x₁+ (8)

+ 5,928w₃ - 0,052w₂w₃ + 0,095w₃x₁.

ln N_В^exp = 5,380w₁ + 1,021w₁w₂ + 0,356w₁x₁ - 0,315x₁²+

+ 6,095w₂ - 0,074w₁w₃ + 0,142w₂x₁+ (9)

+ 5,935w₃ - 0,193w₂w₃ + 0,110w₃x₁.

Проведений аналіз напружено-деформованого стану моделей стінових елементів показав, що деформації стиску та розтягу розподілялися спочатку рівномірно, а потім області проходження тріщин збільшувалися зі значною інтенсивністю (рис. 7,8). Величини відносних деформацій найбільш стиснутої грані стінових елементів при навантаженнях 0,83...0,96 від руйнуючого склали 90...160Ч10^-5. Величини деформацій на протилежній стороні стінових елементів при тих самих навантаженнях склали 3...15Ч10^-5.

Руйнування стінових елементів характеризується появою у них тріщин, які спостерігаються при навантаженнях у діапазоні від 0,702 до 0,885 від руйнуючого навантаження. Перші тріщини мають вертикальний або трохи похилий напрямок. У момент руйнування окремі частини бетону приопорної ділянки можуть відколюватись. Аналіз характеру руйнування моделей стінових елементів показав, що початок руйнування носить локальний характер, а надалі, з ростом навантаження, відбувається дуже швидке "лавинне" об'єднання тріщин, що пояснюється структурно-механічною однорідністю і відносно невисокою міцністю пінобетону (табл.3).

Досліджено вплив мінерального наповнювача, його дисперсності на коефіцієнт б моделей стінових елементів і встановлені поліноміальні залежності (10), (11). Застосування наповнювачів дозволяє змінювати коефіцієнт б від 0,804 до 0,957. При цьому, максимальні значення б (0,905…0,957) отримані при Н=5...10% і превалюючій дисперсності S_y=400 м²/кг, а мінімальні значення б (0,804...0,818) отримані при Н=5% і S_y=200 м²/кг та Н=15% і S_y=400м²/кг.

б_А = 0,843w₁ + 0,219w₁w₂ + 0,022w₁x₁ - 0,017x₁² +

+ 0,905w₂ +0,036w₁w₃ - 0,070w₂x₁ + (10)

+ 0,882w₃ +0,036w₂w₃ + 0,026w₃x₁.

б_В = 0,857w₁ + 0,227w₁w₂ + 0,008 w₁x₁ - 0,012x₁² +

+ 0,912w₂ + 0,033w₁w₃ - 0,068w₂x₁ + (11)

+ 0,885w₃ - 0,051w₂w₃ + 0,025w₃x₁.

Дослідження впливу армування на несучу здатність стінових елементів показали, що поздовжня арматура на початковій стадії навантаження працює сумісно з бетоном. При напруженні в елементі, близькому до появи першої тріщини, відбувається порушення її зчеплення з бетоном на торцях елементів, а при подальшому підвищенні стискаючого навантаження арматура виключається з роботи. Порівнюючи прийняті варіанти армування слід зазначити, що вони відрізняються на 8,1%, отже несуча здатність дослідних елементів у більшій мірі залежить від кількості та дисперсності мінерального наповнювача, ніж від прийнятих варіантів армування.

Запропоновано диференційований коефіцієнт б для розрахунку несучої здатності стінових елементів на дію стискаючої поздовжньої сили, виконаних із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону, у залежності від застосовування кількості та дисперсності наповнювача (табл. 4).

Таблиця 4. Експериментальні та рекомендовані значення коефіцієнта б

Н, %	Sy,м2/кг	бAexp	бВexp	Значення, що рекомендуються
5	200	0,804	0,837	0,8
	400	0,957	0,967	0,90
	600	0,838	0,848	0,8
10	200	0,843	0,857	0,8
	400	0,905	0,912	0,90
	600	0,882	0,885	0,85
15	200	0,848	0,852	0,8
	400	0,818	0,832	0,8
	600	0,891	0,899	0,85

Рекомендоване значення структурного коефіцієнта б

б = 0,85 при S_y = 600 м²/кг; Н = 10…15%

б = 0,9 при S_y = 400 м²/кг; Н = 5…11%

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1. Несуча здатність для якої встановлені поліноміальні залежності (7)…(9), залежить від кількості наповнювача та його дисперсності, а також армування.

2. Аналіз напружено-деформованого стану та характеру руйнування пінобетонних стінових елементів показав, що їхнє руйнування відбувалося в результаті вичерпання несучої здатності конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону в середній або приопорній зоні.

3. Запропоновано диференційований коефіцієнт б для розрахунку несучої здатності позацентрово стиснутих стінових елементів на дію стискаючої поздовжньої сили, виконаних з конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону в залежності від застосовуваної кількості та дисперсності наповнювача. При цьому, значення експериментальних та нормативного коефіцієнта б відрізняються до 20%.

4. Встановлено залежності призмової міцності і початкового модуля пружності (R_b²⁸, E_b²⁸) від кількості та дисперсності наповнювача, що виражені за допомогою наведених поліномів другого ступеню (2) і (3). Застосування мінерального наповнювача дозволяє змінювати ці характеристики у досить широких межах і, тим самим, більш повно використовувати потенційні властивості пінобетону. Максимальні значення міцності отримані при Н=9…14% та дисперсності 400 м²/кг, а область з початковим модулем пружності вище нормативного розташована при зміні Н=10…15% та дисперсності 400, 600 м²/кг.

5. Встановлені поліноміальні залежності для обчислення відносних деформацій усадки та питомих відносних деформацій повзучості пінобетону. Вони знаходяться у межах нормативних значень.

6. Виконаними дослідженнями встановленно, що несуча здатність дослідних елементів у більшій мірі залежить від кількості та дисперсності мінерального наповнювача, ніж від прийнятих варіантів армування.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Постернак А.А. К расчету стеновых однослойных конструкций из конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона, работающих в условиях внецентренного сжатия / А.А. Постернак, А.И. Костюк // Ресурсоекономні матеріли, конструкції, будівлі та споруди : зб. наук. праць, вип. №18. Рівне, УДУВГП, 2009 - С. 288-295. (Внесок здобувача: приведення результатів експериментальних досліджень впливу наповнювача на коефіцієнт б для розрахунку стінових елементів в умовах позацентрового стиску).

2. Постернак А.А. Однослойные стеновые конструкции из конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона / А.А. Постернак, А.И. Костюк // Вісник ОДАБА : зб. наук. праць. - Одеса, 2009. - вип.35. - С. 282-288. (Внесок здобувача: приведення експериментальних досліджень та обробка результатів).

3. Постернак А.А. Несущая способность стеновых элементов из конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона работающих в условиях внецентренного сжатия / А.А. Постернак, А.И. Костюк, И.М. Постернак, С.А. Постернак // Вісник ОДАБА : зб. наук. праць - Одеса, 2008. - вип.31. - С. 295-299.(Внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень та аналіз впливу мінерального наповнювача на несучу здатність стінових елементів та формулювання висновків).

4. Постернак А.А. Деформации ползучести конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона при изменении минерального наполнителя / А.А. Постернак, Д.Р. Яворский // Вісник ОДАБА : зб. наук. праць. - Одеса, 2009. - вып.34. Частина 1 - С. 146-149.( Внесок здобувача: приведення досліджень та обробка результатів).

5. Постернак А.А. Применение конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона в однослойных стеновых конструкциях, работающих на внецентренное сжатие / А.А. Постернак, А.И. Костюк, И.М. Постернак, С.А. Постернак// Вісник ОДАБА : зб. наук. праць. - Одеса, 2006. - вип.23. - С. 253-257.(Внесок здобувача: огляд доцільності застосування конструкцій із конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону).

6. Постернак А.А. Применение конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона при длительном действии нагрузки / А.А. Постернак, А.И. Костюк, И.М. Постернак, С.А. Постернак // Вісник ОДАБА : зб. наук. праць. - Одеса, 2007. - вип.25. - С. 253-256.(Внесок здобувача: виконаний аналіз актуальності дослідження конструкційно-теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону при довготривало діючому навантаженні).

АНОТАЦІЯ

Постернак О.О. Стінові елементи з конструкційно - теплоізоляційного безавтоклавного пінобетону при позацентровому навантаженні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2009р.

Запроповані залежності призмової міцності, початкового модуля пружності, відносних деформацій усадки та питомих відносних деформацій повзучості (R_b²⁸, E_b²⁸, е_sh(720), C(t, t₀, у)) від кількості та дисперсності наповнювача, що виражені за допомогою наведених поліномів другого ступеню.

Аналіз напружено-деформованого стану та характеру руйнування пінобетонних стінових елементів показав, що їхнє руйнування відбувалося в результаті вичерпання несучої здатності пінобетону в середній або приопорній зоні.

Експериментально обгрунтовано, що несуча здатність залежить від кількості наповнювача та його дисперсності, для якої встановлені поліноміальні залежності.

Запропоновано диференційований коефіцієнт б для розрахунку несучої здатності позацентрово стиснутих стінових елементів на дію стискаючої поздовжньої сили.

Ключові слова: стінові елементи, несуча здатність, розрахунок на дію стискаючої поздовжньої сили, міцність, деформативність, пінобетон.

АННОТАЦИЯ

Постернак А.А. Стеновые элементы из конструкционно - теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона при внецентренном сжатии - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2009г.

Содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность, цель и задачи исследований, научная новизна, практическое значение работы и личный вклад соискателя.

Изложенный краткий обзор конструкций из ячеистого бетона применяемых в жилищном строительстве, показывает, что в стенах жилых зданий можно применять разнообразные ячеистобетонные конструкции - от мелких неармированных и крупных блоков до крупных панелей размером на комнату. Проанализированы физико-механические характеристики пенобетона и их взаимосвязь. Выполненный анализ развития способов расчета внецентренно сжатых ячеистобетонных стеновых элементов на действие сжимающей продольной силы показывает, что для более полного использования характеристик материала необходимо уточнение структуры ячеистого бетона за счет более рационального использования структурного коэффициента б.

Для получения статистических оценок коэффициентов модели эксперимент проводили по специально синтезированному в диалоговой системе СОМРЕХ плану. В качестве факторов приняты количество (Х₁=10±5%) и дисперсность (W₁=200, W₂=400, W₃=600 м²/кг) наполнителя. Экспериментальные исследования проводились на образцах - кубах с размерами 10х10х10 см, на образцах - призмах с размерами 10х10х40 см и на армированных образцах - моделях стеновых элементов с размерами 60х80х14 см, которые армировались сварными пространственными каркасами из арматурной проволоки класса Вр-1 Ш3мм, Вр-1 Ш4мм и арматуры класса А240С Ш6мм. Опытные образцы изготовляли сериями (3 куба, 8 призм и 3(5) модели стеновых панелей с разным коэффициентом армирования) в производственных условиях. Испытание стеновых элементов статической кратковременной нагрузкой проводились на внецентренное сжатие до разрушения при шарнирной схеме опирания. В каждой точке плана контролировали относительные деформации усадки и измерялись удельные относительные деформации ползучести. После проведения всех испытаний были получены основные физико-механические характеристики, и рассчитаны в системе COMPEX коэффициенты экспериментально-статистических моделей.

Предложены зависимости призменной прочности и начального модуля упругости (R_b²⁸, E_b²⁸) от количества и дисперсности наполнителя, которые выражены с помощью приведенных полиномов второй степени. Применение минерального наполнителя позволяет изменять эти характеристики в достаточно широких пределах и, тем самым, более полно использовать потенциальные свойства пенобетона. При этом, максимальные значения прочности получены при Н=9…14% и дисперсности 400 м²/кг, а область с начальным модулем упругости выше нормативного расположена при изменении Н=10…15% и дисперсности 400, 600 м²/кг.

Установлены полиномиальные зависимости для вычисления относительных деформаций усадки и удельных относительных деформаций ползучести пенобетона (е_sh(720), C(t, t₀, у)). Они находятся в пределах нормативных значений.

Экспериментально обосновано, что несущая способность, для которой установлены зависимости в виде полиномов второй степени, зависит от количества наполнителя и его дисперсности, а также от армирования. Выполненными исследованиями установлено, що несущая способность опытных элементов в большей мере зависит от количества и дисперсности минерального наполнителя, чем от принятых вариантов армирования.

Анализ напряженно-деформированного состояния и характера разрушения пенобетонных стеновых элементов показал, что их разрушение происходило в результате исчерпания несущей способности конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона в средней или приопорной зоне.

Предложен дифференцированный коэффициент б для расчета несущей способности внецентренно сжатых стеновых элементов на действие сжимающей продольной силы, выполненных из конструкционно-теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона в зависимости от применяемых количества и дисперсности наполнителя. При этом, значения экспериментального и нормативного коэффициента б отличаются до 20%.

Ключевые слова: стеновые элементы, несущая способность, расчет на действие сжимающей продольной силы, прочность, деформативность, пенобетон.

THE SUMMARY

Posternak А.А. Wall elements from construction-heat-insulating an autoclave foam-concrete under uncentral loading. - The manuscript.

Thesis on a scientific degree of the Candidate of Engineering Science on a specialty 05.23.01 - Building constructions, building and structures. - Odessa State Academy of Building and Architecture, Odessa, 2009.

There are offered dependencies of prism toughness, initial module of bounce, relative deformations shrinkage and specific relative deformation of creep (R_b²⁸, E_b²⁸, е_sh(720), C(t, t₀, у)) from amount and dispersivenesses of fillion, which denominated by means of brought multinomial second degree.

The analysis tensely-deformed conditions and character of destruction foam-concrete wall elements has shown, that their destruction resulted from exhausting of load-carrying capacity foam-concrete on middle or on zone near supports.

It is experimentally proved, that load-carrying capacity is in dependence from quantity fillion and its dispersivenesses, on which established multinomial dependences.

The differentiated coefficient б for calculation of load-carrying capacity of uncentral compressing wall elements on action of the compressing longitudinal force.

Keywords: wall elements, a load-carrying capacity, accounts on action of cramping longitudinal force, durability, a deformation property, foam-concrete.

Размещено на Allbest.ru