Оценка прочности и деформации керамзтобетонных конструкций мостов при малоцикловом нагружении

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГАЖК «УЗБЕКИСТОН ТЕМИР ЙУЛЛАРИ»

ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра «Мосты и тоннели»

ДИССЕРТАЦИЯ

Оценка прочности и деформации керамзтобетонных конструкций мостов при малоцикловом нагружении

Специальность:5А580603 - Эксплуатация мостов и транспортных тоннелей

Аймирзаев Асылбек

Ташкент - 2010

Содержание

Введение

Глава I. Анализ прочности и деформации бетона при малоцикловом нагружении

1.1 Применение керамзитобетона в конструкция транспортного строительства

1.2 Прочность легкого бетона при малоцикловом нагружении

1.3 Механизм деформирования и разрушения керамзитобетонов и его моделирование

1.4 Прочность бетонов при длительном действии нагрузки

Выводы. Цель и задачи исследования

Глава II. Методика экспериментальных исследований прочности и Деформации конструктивного керамзитобетона при малоцикловом нагружении

2.2 Методика экспериментальных исследований прочности и деформации конструктивного керамзитобетона при малоцикловом нагружении

Выводы по главе II

Литература

Введение

Актуальность темы. Легкие бетоны являются конструкционным строительным материалом больших потенциальных возможностей, реализация которых позволяет получить значительный экономический эффект. Величина этого эффекта зависит от местных условий и достигается в основном за счет следующих факторов: снижения стоимости крупного пористого заполнителя; сокращения расхода цемента и арматуры; укрупнения монтажных элементов за счет уменьшенной плотности легкого бетона; сокращения транспортных расходов в связи с использованием местных материалов и снижением суммарного веса конструкций; снижения затрат на монтаже; уменьшения размеров фундаментов и тела опор вследствие сокращения постоянной нагрузки /25, 44, 45, 49-52/.

Одним из основных недостатков сборного железобетона транспортного строительства является его высокая плотность (2,4 - 2,6 т/м³). Это обстоятельство не позволяет изготовлять сборные железобетонные элементы больших размеров (ввиду ограниченной грузоподъемности монтажных механизмов), что приводит к появлению большого числа стыков между элементами, являющихся одним из самых слабых мест в сооружении.

Применение легких бетонов дает возможность уменьшить суммарный вес конструкции и увеличить размеры монтажных элементов. Тем самым удается увеличить степень заводской готовности сооружений, которая составляет сейчас не более 40-50%.

В настоящее время наиболее распространенными заполнителями для легких бетонов несущих конструкций транспортного строительства являются керамзит. Для снижения стоимости пористого заполнителя и обеспечения устойчивых качественных показателей изделий из легкого бетона пористый заполнитель должен изготавливаться на заводах, оснащенных современным технологическим оборудованием /25, 44, 45, 49-52/.

Особенно перспективны в мостостроении легкие бетоны на основе полимерного вяжущего, полимербетоны или бетоны, в которых применяется последующая обработка полимером затвердевшего легкого бетона - бетоно-полимеры. Особенно рациональна при этом поверхностная пропитка полимером элементов конструкций из легкого бетона. Такая модификация поверхностных слоев полимером повышает прочность легкого бетона на сжатие в 3-4 раза, на растяжение в 2-3 раза, модуль деформации и предельная растяжимость увеличиваются в 1,5 раза.

За последние годы в развитых странах монолитный железобетон широко применяется для строительства балочных и арочных мостов с обычной и предварительно напряженной арматурой, комбинированных мостов со стальными балками, объединенными с железобетонной плитой проезжей части, и мостов других систем.

Вес пролетных строений железобетонных мостов может быть уменьшен за счет применения тонкостенных предварительно напряженных конструкций из бетонов классов В50-В80, приготовляемых на фракционированных, промытых и обеспыленных заполнителях. Это мероприятие хотя и улучшает качество мостов, но стоимости их не снижает.

В дорожно-мостовом строительстве следует применять керамзитобетон классов В10-В50 с объемным весом от 1500 до 1900 кг/м³, который готовится из керамзитов с насыпным объемным весом от 500 до 800 кг/м³. Эти керамзиты получаются обжигом глин с коэффициентом вспучивания от 2,5 до 1,5.

Существенную роль в дальнейшем совершенствовании бетонных и железобетонных конструкций должно сыграть снижение их массы. В ближайшем будущем и на перспективу легкий бетон и железобетон станет одним из основных материалов для несущих конструкций. Это в свою очередь диктует необходимость углубленного теоретического и экспериментального изучения конструктивных свойств легкого бетона при различных видах напряженного состояния на статические и динамические воздействия. В настоящее время при строительстве транспортных сооружений прогрессирующим является тенденция перехода к монолитным конструкциям. Мировая практика показывает, что монолитные конструкции обладают более высокими прочностными свойствами и стоимость монолитных конструкций примерно в 2 раза меньше чем сборных. Поэтому отечественная наука требует разработки новых методов расчета монолитных конструкций с учетом их реального характера деформирования /25, 44, 45, 49-52/.

Применение керамзитобетона в мостостроении взамен обычного позволяет значительно снизить вес конструкций, повысить эксплуатационные качества, уменьшить нагрузки на фундаменты, снизить стоимость строительства мостов и одновременно ускорить их строительство.

Несмотря на имеющийся опыт применения керамзитобетонов в мостостроении, а также на выявленный в последнее десятилетие ряд ранее неизвестных положительных свойств их, среди многих инженеров сохраняется недоверие к этому материалу. В частности, в КМК 2.05.03 - 97 «Мосты и трубы», введенном в действие с 1997 г., применение керамзитобетонов для конструкций мостов и труб разрешается только в опытном порядке. Поэтому цель работы - на базе научных исследований показать эффективность применения керамзитобетонов в мостостроении.

В соответствии с основными направлениями экономического и социального развития страны /1-4/ применение монолитного легкого бетона будет постоянно увеличиваться. В связи с этим первостепенную важность приобретает дальнейшая разработка основ технологии монолитного легкого бетона и создания на их базе комплексно-механизированных процессов, обеспечивающих повышение темпа и качества возведения конструкций и сооружений из бетонов на пористых заполнителях.

Технический прогресс в области технологии, организации и механизации монолитного строительства постоянно повышает уровень индустриализации возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций, зданий и сооружений. Вместе с тем, применение новых эффективных технологий и средств механизации требует решения ряда задач, связанных со специфическими особенностями бетонов на пористых заполнителях /25, 44, 45, 49-52/.

Значительное увеличение объемов строительства автомобильных дорог и искусственных сооружений типа мостов и тоннелей требует существенного наращивания научно-технического потенциала и мощностей строительства /1-4/. Научно-технический прогресс отрасли характеризуется такими показателями, как уровень индустриализации; уровень строительства с применением эффективных конструкций и технологий их проектирования.

Для многих районов страны, в которых отсутствуют местные каменные материалы и металлургические шлаки, наиболее выгодным заполнителем для бетонов является керамзит, который получают обжигом во вращающихся печах местных глин и глинистых сланцев.

Вместе с тем следует отметить, что легкие бетоны в настоящее время применяются преимущественно в ограждающих конструкциях. В районах с сухим жарким климатом несущие конструкции из легких бетонов практически не применяются. Одной из причин сдерживающих широкое применение керамзитобетона в несущих конструкциях в районах с сухим жарким климатом, является недостаточная изученность его прочностных и деформативных свойств.

Опыт применения керамзитобетонов в мостах в СНГ также достаточно велик: за последние 20 лет построено и успешно эксплуатируется более 100 автодорожных мостов из керамзитобетона на искусственных пористых и природных заполнителях. Вместе с тем сравнение отечественного и зарубежного опыта применения различных керамзитобетонов в мостостроении показывает возможность более широкого использования эффективных высокопрочных пористых заполнителей и бетонов из них в мостостроении.

В настоявшее время большие работы ведутся по строительству новых и реконструкции существующих мостов и эстакад в г. Ташкенте. Так, за последние годы сданы в эксплуатацию автотранспортные эстакады в районах Юнусабад, С. Рахимов, А. Икромов, первый пусковой участок третьей - Юнусабадской линии Ташкентского метрополитена, значительный участок строящейся малый кольцевой автодороги г. Ташкента. Перспектива развития города требует дальнейшего расширения объема и качества объектов транспортного строительства. В связи с вышеизложенными необходимо совершенствование существующих и создание новых методов расчета и проектирования транспортных сооружений с учетом наличия местных материалов и специфических условий региона на основе современных достижений строительной науки и практики.

В области координации строительства подчеркивалась необходимость интенсивных исследований по применению легких бетонов в транспортном и гидротехническом строительстве, в частности, внедрения легких бетонов в опорах мостов, в элементах составных пролетных строений пролетами более 40 м, в сваях, аэродромных и дорожных покрытиях и др/25, 44, 45, 49-52/.

Технический прогресс в области технологии, организации и механизации монолитного строительства постоянно повышает уровень индустриализации возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций, зданий и сооружений. Вместе с тем, применение новых эффективных технологий и средств механизации требует решения ряда задач, связанных со специфическими особенностями бетонов на пористых заполнителях.

Цели и задачи исследования. В свете изложенного целью настоящей работы является экспериментально-теоретическое исследование деформации и прочности керамзитобетона при малоцикловом загружении на сжатие и разработка практических предложений по применению их в мостостроении с учетом зарубежного опыта использования этих бетонов в несущих конструкциях транспортного строительства.

Автор защищает:

1. Результаты обобщения деформации легких бетонов при малоцикловом действии нагрузок на осевое сжатие.

2. Предложения по нормированию деформативных свойств легкого бетона при малоцикловом длительном действии нагрузок.

3. Результаты исследований прочности керамзитобетонных конструкций мостов при малоцикловом нагружении.

4. Результаты исследований деформации керамзитобетонных конструкций мостов при малоцикловом нагружении.

Практические предложения по оценке деформайии керамзитожелезобетонных балок пролетного строения моста при малоцикловом нагружении.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. На основе изучения и обобщения деформации легких бетонов при малоцикловом действии нагрузок на осевое сжатие и получены удобные для практического применения эмпирические формулы для нормирования и описания характера изменения модуль упругости, позволяющие учесть при проектировании керамзитобетонных конструкций

Практическое значение заключается в том, что в результате обобщения экспериментальных и теоретических исследований разработаны предложения по нормированию деформативных характеристик керамзитобетона при сжатии и практические рекомендации по применению керамзитобетонных конструкций в мостостроении.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось:

- на научно-технических конференциях ТашИИТ (2008-2010г.г.);

- на заседаниях кафедры "Мосты и тоннели" ТашИИТ (2008-2010г.);

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, общих выводов и списка литературы из наименований, из которых - зарубежная литература и приложений, работа изложена на страницах, она содержит таблицы рисунков. Работа выполнена в 2008-2010 гг. на кафедре "Мосты и тоннели" ТашИИТ.

Глава I. Анализ прочности и деформации бетона при малоцикловом нагружении

1.1 Применение керамзитобетона в конструкция транспортного строительства

Перспективы развития строительства из монолитного легкого бетона. Несмотря на очевидные преимущества применения легкого бетона в монолитных конструкциях удельный вес их в строительстве остается весьма невысоким /5-13/. Основными причинами, сдерживающими развитие строительства из монолитного легкого бетона, являются:

недостаточное снабжение заводов товарного бетона качественными пористыми заполнителями, особенно фракции 5...10 мм и пористыми песками;

относительно высокие оптовые цены на искусственные пористые заполнители, особенно пески;

отсутствие или малочисленность серийно выпускаемого специализированного оборудования для дозирования пористых заполнителей, эффективного приготовления, транспортировки и укладки легкобетонных смесей, а также средств автоматизированного контроля и регулирования их качества на всех этапах производства бетонных работ;

невысокое качество, повышенная трудоемкость, энергоемкость и материалоемкость возведения монолитных конструкций, зданий и сооружений из легкого бетона;

несовершенство методов проектирования монолитных конструкций, зданий и сооружений из легких бетонов, в первую очередь, конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных с пониженной объемной массой, а также высокопрочных и специальных;

отсутствие единой методики определения экономической эффективности и рациональной области применения данного вида строительства.

Последние достижения в области технологии легкого бетона позволяют усовершенствовать технологию приготовления, транспортировки, укладки и уплотнения легкобетонных смесей; решить вопросы производства бетонных работ в условиях сухого жаркого климата; выявить специфику опалубочных, арматурных и отделочных работ; уточнить физико-механические и теплофизические свойства монолитного легкого бетона.

Это способствует решению основной задачи в области совершенствования технологии строительства - разработке и внедрению эффективных опалубок и комплексно-механизированных процессов бетонных работ, обеспечивающих снижение трудоемкости, энергоемкости и материалоемкости, высокое качество и сокращение сроков возведения монолитных конструкций, зданий и сооружений из легкого бетона /23, 52/.

Эффективность применения монолитного легкого бетона в строительстве. Экономическая эффективность применения легкого бетона в строительстве достигается в первую очередь за счет снижения материалоемкости, трудоемкости и энергоемкости возведения монолитных конструкций и сооружений, уменьшения транспортных расходов, а также сокращения сроков строительства /52/.

Материалоемкость строительства из монолитного легкого бетона. Применение легкого бетона по сравнению с тяжелым бетоном позволяет достичь значительного снижения собственного веса (постоянной нагрузки) монолитных конструкций. При рациональном проектировании это, в свою очередь, ведет к сокращению расхода арматуры, бетона и опалубочных материалов. Так, для монолитных перекрытий гражданских зданий замена тяжелого бетона на легкий может дать экономию арматуры 7...12%, а промышленных - 5...8%. Наибольший эффект дает применение легкого бетона в большепролетных монолитных покрытиях и плитных конструкциях мостов. Здесь возможно снижение арматурной стали на 15...20% и бетона на 12... 16% /23, 52/.

Применение легкого бетона в надземных конструкциях, снижая общую массу зданий, ведет и к уменьшению нагрузки на фундаменты, при этом в свайных фундаментах количество свай может быть уменьшено на величину, равную процентному снижению массы надземной части сооружений. Когда по конструктивным соображениям число свай нельзя сократить, уменьшают площадь сечения каждой сваи. Для фундаментов ленточного типа снижение нагрузки от собственной массы надземной части сооружений дает возможность уменьшить ширину фундаментных плит. При этом сокращение бетона и арматуры в плитах ленточных фундаментов пропорционально квадрату уменьшения полной нагрузки на них. Следует отметить, что наиболее значительный эффект от уменьшения ширины фундаментных плит достигается при низкой несущей способности грунтов /6, 52/.

В изгибаемых монолитных конструкциях, работающих на упругом основании, благодаря меньшему модулю упругости бетонов на пористых заполнителях расстояние между деформационными швами может быть увеличено, что ведет к снижению их протяженности до 20%. Меньший коэффициент динамичности для легкобетонных покрытий дает возможность уменьшить толщину плит на 5...10%, а меньшая масса конструкций - расход арматуры на-12...15% /25,44/.

Замена тяжелого бетона легким при возведении монолитных конструкций дает возможность уменьшить и материалоемкость применяемых опалубок. Вследствие меньшей плотности легкобетонной смеси и ее меньшего бокового давления на опалубку по сравнению с тяжелым бетоном конструкции применяемых опалубок могут быть существенно упрощены и облегчены. Если при этом определяющим фактором является прочность опалубки, снижение ее материалоемкости достигается за счет уменьшения сечения несущих элементов. Если определяющим фактором является жесткость опалубки, может быть сокращено число ригелей, опор и крепежных элементов. Уменьшение размеров конструкций в результате замены тяжелого бетона легким ведет к дополнительному снижению расхода опалубочных материалов. Например, как показывают зарубежные исследования, материалоемкость опалубки для бетонирования стен из легкого бетона средней плотностью 1600 кг/м³, на 25...32% ниже, чем при возведении аналогичных конструкций из тяжелого бетона /52,63-71/.

Трудоемкость возведения монолитных конструкций и сооружений из легкого бетона. При использовании одних и тех же технологических схем трудоемкость возведения монолитных конструкций и сооружений из легкого бетона ниже, чем из тяжелого. Экономия трудозатрат достигается почти на всех технологических этапах производства работ, несмотря на необходимость осуществления некоторых, специфических для технологии легкого бетона в монолитном строительстве, мероприятий /45,53/. Снижение материалоемкости опалубки и упрощение ее конструкций уменьшает трудоемкость изготовления опалубки и опалубочных работ. Как показывает отечественный и зарубежный опыт строительства, при рациональном проектировании опалубочных систем для бетонирования легкобетонных конструкций трудозатраты на опалубочных работах могут быть снижены на 20%.

Уменьшение расхода арматуры в монолитных конструкциях при замене тяжелого бетона легким сокращает трудоемкость арматурных работ. Использование скользящей опалубки с уменьшенным шагом домкратных рам для бетонирования легкобетонных конструкций позволяет дополнительно снизить трудозатраты арматурных работ, так как становится возможным вести монтаж арматурных каркасов и блоков /52/.

Уменьшение сечений монолитных несущих и ограждающих конструкций из легкого бетона сокращает объемы, а следовательно, и трудоемкость бетонных работ. При этом отпадают весьма трудоемкие операции по устройству тепло- и пароизоляции наружных стен. Меньшие размеры фундаментов монолитных сооружений из легкого бетона обусловливают сокращение объемов бетонных и земляных работ при устройстве конструкций нулевого цикла. Применение предварительно водонасыщенного пористого заполнителя исключает операции по уходу за бетоном, а меньшая прочность пористых заполнителей по сравнению с плотными щебеночно-гравийными материалами снижает трудоемкость механической обработки бетонных конструкций.

Следует отметить, что в связи с необходимостью более тщательного перемешивания легкобетонных смесей трудоемкость их приготовления несколько выше, чем тяжелых. Однако при использовании предварительно водонасыщенных пористых заполнителей продолжительность перемешивания легкобетонных смесей принимается такая же, как и для смеси на плотных заполнителях. В то же время трудозатраты по водонасыщению пористых заполнителей, особенно при использовании автоматизированных вакуум-установок, столь незначительны, что значения трудоемкости изготовления легких и тяжелых бетонных смесей практически равны. При этом следует учесть, что общее количество изготовляемого на заводе бетона для возведения легкобетонных конструкций меньше, чем для аналогичных сооружений из тяжелого бетона.

Поэтому суммарная трудоемкость приготовления всего объема бетона при возведении легкобетонных конструкций будет ниже.

Энергоемкость строительства монолитных сооружений из легкого бетона. Сокращение объемов работ по возведению монолитных конструкций в результате замены тяжелого бетона легким снижает и энергоемкость строительства /23, 44, 45, 52/. Меньшее количество бетона, укладываемого в бетонируемые конструкции, уменьшает энергозатраты на его приготовление, транспортировку с завода на объект, подачу и укладку. А меньший объем земляных работ при устройстве фундаментов сокращает затраты энергии на этом виде работ. Более легкая обрабатываемость бетона на пористых заполнителях обеспечивает экономию энергетических ресурсов при механической обработке бетонных конструкций. Меньший расход арматуры в легкобетонных конструкциях и меньшая материалоемкость применяемой опалубки способствуют снижению энергозатрат подъемного оборудования.

Дополнительный расход энергии при возведении монолитных конструкций из легкого бетона происходит при водонасыщении пористых заполнителей в вакуум-установке и при виброобработке уложенного легкого бетона высокочастотными вибраторами. Однако, как показывает отечественный опыт монолитного строительства из легкого бетона, дополнительные энергозатраты на этих операциях не превышают 6...10% /68/.

Положительным эффектом применения легкого бетона в монолитных конструкциях является также то, что снижение в этом случае объемов работ и повышение темпов их выполнения позволяют сократить сроки строительства.

Другим немаловажным фактором, влияющим на эффективность применения легкого бетона, является его повышенные по сравнению с тяжелым бетоном теплозащитные свойства, морозостойкость и устойчивость к агрессивной среде, позволяющие сократить затраты по эксплуатации зданий и сооружений. Значительная экономия затрат на отопление зданий может быть достигнута за счет лучших теплозащитных свойств легкого бетона. Высокая морозостойкость и одновременно устойчивость легкого бетона к воздействию солей /80/, применяемых для борьбы с обледенением, являются весьма ценными эксплуатационными характеристиками плит дорожных покрытий и пролетных строений мостов, а также покрытий открытых площадок и стоянок.

При определении целесообразности применения легкого бетона в монолитном строительстве немаловажным фактором являются транспортные расходы. Меньшая плотность обусловливает снижение на 30...50% транспортных расходов на единицу объема по сравнению с плотными материалами /44, 45/. При отсутствии близрасположенных ресурсов дешевых природных плотных заполнителей это обстоятельство несмотря даже на более высокую отпускную цену пористых заполнителей может повлиять на выбор экономичного вида бетона для монолитного строительства. При экономическом обосновании применения легкого бетона следует принимать во внимание и другие факторы.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, применение легкого бетона в строительстве при наиболее рациональных проектных решениях монолитных конструкций и сооружений, а также использование эффективной технологии их возведения дает весьма ощутимую экономию. Так, стоимость строительства монолитных 16…20-этажных зданий из легкого бетона на 5...10%, а 50-этажных на 15...20% ниже, чем из тяжелого бетона /10/. В среднем замена тяжелого бетона легким в пролетных строениях мостов позволяет снизить приведенные затраты на их возведение на 8...10% /52/. Стоимость большепролетных тонкостенных покрытий, выполненных из монолитного легкого бетона, на 5...7% ниже, чем из тяжелого /23, 52/. Приведенные затраты на устройство эксплуатации дорожных и аэродромных покрытий в результате применения легкого бетона снижаются на 12...15% /23, 44, 45, 52,/.

Современный уровень развития технологии легкого бетона позволяет решить узловые вопросы технологии, организации и механизации возведения монолитных легкобетонных конструкций, зданий и сооружений в различных природно-климатических условиях. Дальнейший рост объемов и расширение области применения монолитного легкого бетона неразрывно связан с развитием индустриальной базы монолитного строительства. Накопленный опыт проектирования и возведения монолитных конструкций и сооружений из легкого бетона позволяет определить основные сегодняшние задачи по повышению эффективности отечественного строительства из монолитного легкого бетона.

Первоочередной задачей является разработка методики технико-экономической оценки эффективности применения легкого бетона для возведения различных типов монолитных зданий и сооружений в различных природно-климатических условиях. Это позволит в наибольшей степени учитывать все преимущества легкого бетона при проектировании монолитных зданий и сооружений. Повышению технического уровня проектных решений будет также способствовать разработка технологических карт на возведение монолитных конструкций из легкого бетона по наиболее прогрессивной технологии с использованием эффективных опалубочных систем, и средств механизации, а также передовых форм организации работ.

Как показывает практика, возведение монолитных конструкций и сооружений из легкого бетона целесообразно осуществлять силами специализированных строительных организаций, оснащенных высокоэффективным оборудованием и опалубкой для производства работ с использованием бетонных смесей на пористых заполнителях.

Поэтому создание специализирующихся на монолитном строительстве организаций, имеющих мощную материально-техническую базу, является главным резервом в деле дальнейшей индустриализации возведения конструкций и сооружений из монолитного легкого бетона.

Широкие возможности для повышения эффективности монолитного легкобетонного строительства открывает использование специальных добавок и, в первую очередь, суперпластификаторов и суперстабилизаторов, а также расширение применения легких бетонов на пористых заполнителях, получаемых из отходов промышленного производства.

Немаловажное значение имеет дальнейшее совершенствование специализированных средств механизации и оборудования для производства бетонных работ с использованием легкобетонных смесей и освоение серийного выпуска: эффективных бетоносмесителей; автоматизированных систем контроля качества приготовляемых легкобетонных смесей; автоматизированных вакуум-установок для обработки пористых заполнителей и установок для приготовления и дозирования химических добавок; смесителей-перегружателей для приготовления качественных легкобетонных смесей на объекте и загрузки их в бетоноукладочные средства; бетононасосов, обеспечивающих равномерный режим нагнетания бетонной смеси; смесительно-нагнетательных пневмо-установок; установок для торкретирования готовых легкобетонных смесей, автономных распределительных стрел и механических распределителей, высококачественных вибраторов; средств оперативного контроля качества легкого бетона в монолитных конструкциях; унифицированных облегченных опалубок.

Реализация поставленных задач позволит значительно улучшить технико-экономические показатели строительства из монолитного легкого бетона, сделать боле весомым его вклад в повышение эффективности капитального строительства в нашей стране.

Особенности производства монолитных конструкций в условиях Узбекистана. Развитие строительной индустрии в республике тесно связано с освоением богатых месторождений сырьевых ресурсов. Несмотря на то, что на территории Узбекистана имеются неисчерпаемые запасы сырья, пригодного для изготовления строительных изделий, производство местных строительных материалов в республике еще не налажено.

Для удешевления строительства и сокращения транспортных расходов перед строителями поставлена задача значительно расширить производство и применение местных строительных материалов, обеспечивающих облегчение веса конструкции зданий. К ним в первую очередь относится производство строительных конструкций и деталей из легкого бетона.

Для Узбекистана, на территории которого нет месторождений природных легких заполнителей (пемзы, туфы, ракушечника), является особенно выгодным применение в качестве заполнителя для легкого бетона керамзитового щебня и гравия.

В качестве сырья для производства керамзита в Узбекистане могут быть использованы слоистые легкоплавкие глины (Ташкентская область), бентониты (Бухарская и Хорезмская области), глинистые сланцы (Самаркандская и Ферганская области).

Указанное сырье обеспечивает получение как термоизоляционного керамзита с объёмным весом в россыпи 260 - 400 кг/м³, так и конструктивного керамзита с объёмным весом более 450 кг/м³.

Широкие перспективы применения керамзитобетона в Узбекистане обусловливают необходимость не только изучить в целом проблему применения керамзита в строительстве, по и установить особенности керамзитов и керамзитобетонов из местного сырья, дать основы технологии их изготовления, а также исследовать особенности работы несущих керамзитобетонных конструкций.

Применению керамзитобетона в строительстве предшествовали многочисленные научно-исследовательские работы по изучению свойств керамзита и керамзитобетона. Исследования свойств легкого керамзитового бетона описаны в трудах действительного члена Академии строительства и архитектуры России Н. А. Попова, профессоров А.Б.Ашрабова, А.А.Ашрабова, А. И. Ваганова, М. 3. Симонова, И. Г. Иванова-Дятлова, С. Е. Фрайфельда, канд. техн. наук Ч.С.Раупова, Н. А. Корнева и многих других отечественных и зарубежных учёных.

В Ташкентском автомобильно-дорожном институте 1980-2005 годах была проведена научно-исследовательская работа по изучению свойств керамзитового бетона.

Для изучения свойств узбекского керамзита Ч.С.Рауповым /11, 12, 46-48, 62/ на заводы в г Москве было доставлено несколько вагонов керамзита Газалкентского завода.

Наряду с этим было проведено исследование А.Б.Ашрабовым и А.А.Ашрабовым /7-10/ работы керамзитобетона в ограждающих и несущих конструкциях с обычной гибкой и напрягаемой арматурой.

В результате этих исследований были разработаны основы технологии керамзита из узбекского сырья, установлены особенности работы керамзитобетона в конструкциях и рекомендованы оптимальные условия изготовления бетонных и железобетонных изделий на керамзите с минимальным расходом цемента и арматурной стали.

Проведенные работы дают основания сделать вывод, что керамзитобетон не уступает, а во многих случаях превосходит по своим свойствам тяжелый бетон как в несущих, так и ограждающих конструкциях и может быть рекомендован к широкому применению в индустриальном строительстве Узбекистана.

Краткий обзор развития строительства в Узбекистане. Изучая тысячелетний опыт строительства в Узбекистане мы находим многочисленные примеры сохранившихся до наших дней жилых, гражданских и культовых зданий, а также инженерных гидротехнических и фортификационных сооружения здания и сооружения, дающие образцы для изучения прогрессивных традиций архитектуры, конструктивных форм лестных строительных материалов в целях использования в современном строительстве.

Универсальным строительным материалом на территории Узбекистана издавна был лёсс, применяемый для возведения глинобитных стен и стен из сырцового кирпича, блок-пахсы и др. Из этих строительных материалов возводились огромные стены, крепостные башни, отдельные здания и целые города. Характерной особенностью строительства являлось применение безкружальных куполов, арок и сводов, пролет которых достигал 22,5 м. (АК-Сарай в Шахрисябзе, конец XIV в.).

С переходом на обожженный кирпич в X-XI веках усовершенствовались и развивались формы и конструкции сводов при сохранении принципа безопалубочного их возведения. Сочетание разных типов подкупольных конструкций дает возможность перекрывать самые разнообразные в плане помещения (от квадратных и круглых до многоугольных, прямоугольных, треугольных и др.).

Конструкции, возводимые в XIX-XX веках, отличались большой тяжеловесностью (толстые стены, мощные перекрытия с балками из круглого леса), что являлось средством борьбы с перегревом и приёмом антисейсмического строительства.

В современном строительстве эти задачи могут быть решены путём применения керамзитобетона, имеющего повышенное термическое сопротивление и снижающего вес элементов зданий.

В соответствии с потребностями строительства резко увеличивается применение обожженного кирпича, железобетона, асбофанеры, черепицы, рулонных кровельных материалов.

Развитие и усовершенствование инженерных конструкций и методов расчёта позволило значительно облегчить вес строительных конструкций (стен, перекрытий) и сократить расход строительных материалов.

Затруднения в получении привозных строительных материалов (лес, сталь) явились стимулом для исследовательской работы по созданию новых конструкций из недефицитных местных материалов. Из них большой интерес представляет оригинальная конструкция тонкостенных кирпичных сводов двойной кривизны, получивших название «Своды Узбекистана», способных перекрыть большие пролеты. Малый вес этих сводов и простота их сооружения позволили широко применять их в промышленном строительстве. С особым успехом «Своды Узбекистана» можно возводить из тонкостенных армоцементных и керамзитобетонных сборных конструкций.

Рост промышленности новых эффективных строительных материалов, сооружение заводов и полигонов сборного железобетона, новых кровельных материалов, керамики, сухой штукатурки помогло техническому перевооружению строительной промышленности Узбекистана.

1.2 Прочность легкого бетона при малоцикловом нагружении

Процесс усталостного повреждения разделяется на две стадии: стадию накопления микроповреждений, рассеянных по объему тела, завершающуюся образованием первой макротрещины, и стадию разделения тела магистральной трещиной. Оценка закономерностей производилась по параметрам равной вероятности равного повреждения (Р. Д. Вагапов, О. И. Шишорина и Л. А. Хрипина, 1958--1964). В этих работах устанавливается аналогия между статистической моделью разрушения идеально хрупкого тела по наиболее «слабому звену» (С. Н. Журков и А. П. Александров, 1933) и предложенной моделью повреждения тела первой макротрещиной усталости. Показана возможность такой вероятностной оценки прочности и долговечности крупногабаритных деталей по результатам статистических испытаний модельных образов вплоть до определения нижней границы рассеивания по повреждению первой макротрещиной.

В работах Л. Г. Седракяна (1958 и сл.) предложена статистическая теория деформирования и разрушения хрупких материалов, позволяющая выявить некоторые особенности сопротивления деформированию реальных конструкционных материалов типа чугуна, бетона, горных пород и др. В основе теории лежит схема идеально неоднородного материала, причем реальные характеристики деформирования зависят от одной произвольной функции (функция распределения неоднородности материала по данному признаку неоднородности) и постоянной материала (коэффициент трения), которые определяются из опыта. Эта модель позволяет объяснить постепенный характер процесса разрушения, усталостную и долговременную прочность, увеличение объема материала при его преимущественном сжатии, наличие нисходящей ветви диаграммы сжатия -- растяжения и др.

В. В. Болотин (1961) для описания статистических закономерностей усталостного разрушения привлек гипотезу «наиболее слабого звена» и уточнил формулировку этой гипотезы в связи с существованием порога минимальных значений.

На основе упомянутой гипотезы С. В. Серенсен и В. П. Когаев (1962) установили зависимость функций распределения случайных значений долговечности и прочности тела данной формы и данных размеров от градиента напряжений в опасном сечении и периметра опасного сечения. В качестве статистического критерия подобия было принято отношение периметра опасного сечения или его части к относительному градиенту первого главного напряжения в этом сечении. С помощью введенного критерия устанавливалась связь между максимальным разрушающим напряжением в зоне концентрации напряжений и вероятностью разрушения тела.

Р. Д. Вагапов (1959--1965) для предельного случая, когда вероятность повреждения тела на глубине исчезающе мала, предложил теорию рассеивания долговечностей и предела усталости, учитывающую не только поперечные, но и продольные размеры тела и распределение макронапряжений вдоль его контура. Функция распределения зависит при этом от формы, размеров тела и способа его нагружения, т. е. дает вероятностную оценку концентрации напряжений и масштабного эффекта. В рассмотрение вводится совместная плотность случайных величин прочности, долговечности и случайной координаты повреждения первой макротрещиной.

Приблизительно в сороковых годах начинаются интенсивные исследования сопротивления усталости деталей при переменных в процессе эксплуатации амплитудах нагрузок. В работах С. В. Серенсена (1944), Д. Н. Решетова (1945) и В. М. Бахарева (1945) для оценки долговечности и прочности при переменной во времени амплитуде напряжения анализировалась линейная гипотеза суммирования усталостных повреждений.

Были предложены феноменологические трактовки процесса накопления усталостных повреждений при варьируемых амплитудах, которые основываются на анализе свойств вторичных кривых усталости при программном нагружений и отклонений их параметров от условий линейного суммирования повреждений (С. В. Серенсен, Л. А. Козлов, 1953), на использовании энергии гистерезиса, поглощаемой металлом при напряжениях, превышающих предел выносливости (Д. И. Гольцев, 1955), на анализе свойств меры повреждений и введении двух стадий усталостного разрушения (В. В. Болотин, 1959-1963).

Большой практический и теоретический интерес представляет изучение проблемы усталостной прочности при случайных внешних воздействиях.
B. В. Болотин (1963) сформулировал принципы разбиения случайного процесса на циклы и условия, необходимые для определения среднего ресурса долговечности с использованием представлений о предельной поверхности усталости (в координатах «амплитуда напряжения -- среднее напряжение цикла -- долговечность»).

C. В. Серенсен, Е. Г. Буглов и В. П. Когаев (1960 и сл.) трактовали оценку сопротивления усталости при случайном нагружений в вероятностном аспекте .

Оценка опытных закономерностей усталости по параметру равной вероятности повреждения позволила выделить из статистических детерминистические закономерности нелинейного суммирования относительных долговечностей при нестационарном режиме нагружения (Р. Д. Вагапов, 1964 и сл.). На основании изучения накопления усталостных повреждений в статистическом аспекте С. В. Серенсен и В. П. Когаев (1966) оценили детерминированную и случайную составляющие в сумме относительных долговечностей и предложили корректировку линейной гипотезы в зависимости от спектра амплитуд напряжений.

Первые работы по малоцикловой усталости элементов авиационных конструкций были выполнены Н. И. Мариыым (1946). Эксперименты, проведенные на цилиндрических трубах (со сварными швами и без них) и пластинах с отверстием, показали, что сопротивление малоцикловому разрушению, выраженное номинальными разрушающими напряжениями, оказывается ниже сопротивления разрушению при однократном статическом нагружений, в зависимости от механических свойств материала и уровня концентрации напряжений.

В последующие годы основные результаты по исследованию сопротивления малоцикловому разрушению были получены в работах Д. А. Гохфельда, В. В. Москвитина, В. В. Новояшлова, С. И. Ратнер, С. В. Серенсена, Я. Б. Фридмана, Р. М. Шнейдеровича. Существенное внимание при этом уделялось построению, с одной стороны, уравнений состояния для случая циклического нагружения и, с другой стороны, критериев разрушения.

В. В. Москвитин (1951 -- 1965), обобщив положения Г. Мазинга ж используя теорию малых упруго-пластических деформаций для случая повторного нагружения, доказал ряд теорем относительно переменных нагружений, вторичных пластических деформаций и предельных состояний. На основе этих теорем оказалось возможным использовать конечные соотношения между напряжениями и деформациями для решения соответствующих задач. Эти соотношения справедливы при нагружениях, близких к простому. В работах В. В. Москвитина показана также возможность применения разработанной им теории для случая сложного нагружения, когда главные напряжения при циклическом нагружений меняют знак. Теория малых упруго-пластических деформаций при циклическом нагружений была использована В. В. Москвитиным и В. Е. Воронцовым (1966) для решения ряда конкретных задач (циклический изгиб бруса и пластин, повторное кручение стержней кругового и овального поперечного сечения, повторное нагруягение внутренним давлением толстостенного цилиндра и шара и др.).
Наряду с таким подходом в работах Н. Н. Афанасьева (1953), Ю. Д. Софронова (1959), Н. И. Черняка и Д. А. Гаврил ова (1966) были развиты статистические модели поликристаллического конгломерата, состоящего из значительного числа элементов, обладающих различными ориентировкой и механическими свойствами (как без упрочнения, так и с упрочнением). На основе этих моделей представляется возможным аналитически описать форму петли упруго-пластического гистерезиса, эффект Баушингера, а также процесс изменения напряжений и деформаций. Применительно к циклически упрочняющимся материалам Ю. Д. Соф-роновым получена зависимость между напряжениями, деформациями и числом циклов до разрушения.

Систематическое экспериментальное исследование уравнений состояния, выполненное С. В. Серенсеном, Р. М. Шнейдеровичем и А. П. Гусенковым (1960--1966), позволило показать существование обобщенной диаграммы циклического деформирования, являющейся для данного материала функцией числа циклов, независимо от характера и вида нагружения. На основе обобщенной 1 диаграммы циклического деформирования было предложено записать в конечном виде поцикловые зависимости между напряжениями и деформациями для процессов нагружения. В этих работах показано, что пластические составляющие циклических деформаций (ширина петли) убывают или возрастают в зависимости от свойств циклического упрочнения или разупрочнения материала. Кроме того, установлены свойства циклической анизотропии, проявляющейся в одностороннем накоплении пластических деформаций.

В дальнейшем обобщенная диаграмма циклического деформирования была распространена на асимметричные циклы напряжений и на деформирование в условиях повышенных температур с привлечением гипотезы старения. В такой постановке были решены задачи об изгибе и кручении сплошных стержней, о растяжении -- сжатии полосы с отверстием и стержней кругового сечения с кольцевыми выточками при циклическом деформировании (Р. М. Шнейдерович, А. П. Гусенков и Г. Г. Медекша, 1966, 1967).
В работах В. В. Новожилова, Р. А. Арутюняна, А. А. Вакуленко, Ю. И. Кадашевича уравнения состояния при циклическом деформировании получены на основе обобщенной теории пластического течения с использованием модели с сухим трением и с учетом микронапряжений. При этом оказалось возможным рассматривать сложное нагружение и соответствующие предельные состояния.

C. В. Серенсен, Н. А. Махутов и Р. М. Шнейдерович (1964--1966) предложили описание условий малоциклового разрушения на основе силовых и деформационных критериев разрушения. Анализ условий малоциклового разрушения получен ими на основе деформационных критериев. В качестве критерия квазистатического разрушения предложена величина предельной односторонне накопленной пластической деформации, равной деформации при разрушении от однократной нагрузки для однородных и неоднородных напряженных состояний. Использование обобщенных кривых циклического деформирования и деформационных критериев позволило этим авторам (1966 и сл.) определить предельные состояния при усталостных малоцикловых процессах. Для случаев малоциклового нагружения, при которых интенсивности накопления квазистатических и усталостных повреждений сопоставимы, предельное число циклов устанавливается на основе гипотезы суммирования этих повреждений.

Для экспериментальной проверки кинетики циклического деформирования и критериев разрушения развиты экспериментальные методы исследования пойей деформаций с помощью оптически активных покрытий {Р. М. Шнейдерович и В. В. Ларионов, 1965), метода муара (Р. М. Шнейдерович и О. А. Левин, 1967) и метода сеток (Н. А. Махутов, 1964).
В работах В. В. Новожилова и О. Г. Рыбакиной (1966) в качестве критерия разрушения при статическом и малоцикловом нагружений предложен путь пластической деформации, пропорциональный произведению интенсивности пластических деформаций на число циклов, предельное значение которого зависит от пластического разрыхления материала. Этот критерий использовался для описания циклических разрушений при симметричном и асимметричном цикле деформаций.

Силовой критерий малоциклового нагружения в форме максимального местного напряжения разрабатывался Р. М. Шнейдеровичем и В. В. Ларионовым (1962--1965). Этот критерий позволил описать разрушение при жестком нагружений в условиях однородного напряженного состояния, я также разрушение при внешнем нагружений в зонах концентрации по заданным напряжениям.
Нужно отметить, что в основу энергетических критериев малоциклового разрушения положены различные соображения: полная энергия пластической деформации (А. Г. Костюк, 1966), тепловой эквивалент упруго-пластических деформаций (В. С. Иванова, 1967), энергия пластических деформаций в пределах области упрочнения (Н. С. Моя^аров-<жий, 1966).
Для описания условий разрушения при малом числе циклов используется функция повреждения материала, зависящая от пути пластического деформирования (В. В. Новожилов и О. Г. Рыбакина, 1966), накопленной энергии пластической деформации (А. Г. Костюк, 1966). Эта функция вводится как в уравнения состояния, так и в условия прочности для установления степени циклического и длительного статического повреждения, влияния асимметрии цикла деформаций.

Весьма важной частью общей проблемы усталости является изучение закономерностей развития трещин в металлах и полимерах при цикличе-ческом нагружений. Еще первыми исследователями явления усталости было замечено, что разрушению обычно предшествует длительное устойчивое развитие трещины. Последующие исследования показали, что около 30--60% всего времени до разрушения в изделии, подвергающемся циклической нагрузке, растет трещина (С. В. Серенсен, Р. М. Шнейдерович и Н. А. Махутов, 1966). Экспериментальные данные по этому вопросу, однако, достаточно разноречивы вследствие трудности обнаружения начальной развивающейся трещины.

К числу основных параметров, необходимых для проектирования железобетонных конструкций, относятся прочностные и деформативные характеристики бетона при сжатии и растяжении.

Вопросам исследования конструкций из керамзитобетонов и совершенствования технологии их производства в странах СНГ был посвящен ряд важных работ И.Н.Ахвердова, А.Б.Ашрабова, ГоА«ЬУкевича, А.И.Ваганова, А.А.Гвоздева, К.П.Доллоса, В.Г.Довжка, И.АоИва-нова, И.Г.Иванова-Дятлова, О.П.Квирикадзо, К.С.Карапетяна, К.М.Каца, Р.О.Краснозского, Ю.Е.Корнилова, Н.А.Корнева, А.А.Кудрявцева, Г.П.Курасовой, Р.Л.Фаиляпа, Ю.Е.Орловского, В.В.Пикадняна, Г.Я.Почтовика, А.Е.Пирадоза, И.Г. Путляева, И.А.Попова, МоЗ.Симонова, Б.Г.Скрамтаева, И.М.Сперанского, Ф.Я.Спизака, Г.Д.Цискрели, Г.И.Цителаури, Н.ГоХубовой, Ю.В.Чиненкова, Р.А. Щеканенко и ряд других.

Много дискуссий вызывает вопрос о призменной прочности бетонов на пористых заполнителях. Имеются многочисленные опытные данные /8, 18, 21, 38, 67, 78 /, по которым для этих бетонов выше, чем для тяжелого бетона. транспортное строительство керамзитобетон конструкция

Так, по данным А.Б. Пирадова / 78 /, для керамзитобетона

По обобщенным данным НИИЖБа / 67 /

По данным К.И. Вилкова / 23 /

В СНиП 2.01.03-84 для тяжелого и легкого бетонов принят единый коэффициент призменной прочности, определяемый по выражению

(1.4)

Коэффициент Пуассона , как известно, в действующих нормах /86, 91 / принят для тяжелого и легкого бетона, равным 0,20, независимо от вида напряженного состояли. По данным ряда исследователей /23,67,78/, коэффициент Пуассона при сжатии для керамзитобетона колеблется в пределах, 0, 12+0, 28 . Анализ результатов ранее выполненных работ /23, 66, 67,78/, показывает, что значение коэффициента Пуассона бетона при растяжении изменяется в больших пределах - от 0,10 до 0,30. Большой разброс значений при растяжении объясняется недостаточной изученностью этого вопроса,

Основным условием нормальной работы железобетонных конструкций является совместность деформаций бетона и арматуры. Поэтому значение предельных деформаций сжатия бетона, характеризующих степень использования арматуры в конструкциях, крайне необходимо. Как известно, керамзитобетоны обладают повышенной деформативностью по сравнению с аналогичным по -прочности, тяжелым бетоном /23, 78 /. Поэтому в сжатых зонах легкобетонных элементов и конструкций степень использования арматуры становится более эффективной.

В работах /18, 23, 39, 67, 78 / увеличение предельной растяжимости керамзитобетона объясняется влиянием всестороннего обжатия заполнителя. Если предельная растяжимость для тяжелого бетона классов В20 - В35 составляет (12…)-10^-5, то для керамзитобетона она находится в пределах(12…)-10^-5.

Определение прочностных и деформативных характеристик при растяжении часто приводит к противоречивым результатам /18, 23, 29, 31, 62, 66, 90, 100/. По выбору типа образцов для контроля прочности на растяжение не существует единого мнения у исследователей /23, 90, 97, 100/, занимающихся как бетоном на пористых заполнителях, так и тяжелым. Способ приложения растягивали щей нагрузки существенно влияет на конечные результаты прочности бетона на растяжение.