До розрахунку міцності плит, підсилених сталефібробетоном

Размещено на http://www.allbest.ru/

До розрахунку міцності плит, підсилених сталефібробетоном

Цибульник І.О., к.т.н., старший науковий

співробітник (Державний науково-дослідний

інститут МВС України, м. Київ)

Приведені методики розрахунку міцності плит попередньо-напружених в одному та двох напрямках, підсилених сталефібробетоном. Отримані залежності враховують характер руйнування плит, який залежить від дії згинального момента та внаслідок дії поперечних сил.

плита міцність руйнування напруження

На протязі експлуатаційного періоду будівель та споруд виникає потреба у підсиленні залізобетонних плоских елементів, таких як плити перекрить та покрить, стінки резервуарів, силосів, бункерів та інші. Необхідність підсилення таких елементів викликана появою та надмірним розкриттям тріщин в розтягнутій зоні, виникненням надмірних прогинів елементів, а також місцевих пошкоджень та дефектів. Також необхідно і відновлювати захисний шар бетону внутрішніх поверхонь стін силосів та бункерів, викликаного руйнуванням від тертя твердих матеріалів, що зберігаються у цих спорудах.

Експериментальні дослідження виконувались па дослідних плитах розміром 80080075 мм, що були армовані попередньо напруженою арматурою 12А-У, розташованою у двох напрямках. Плити були виготовлені з дрібнозернистого бетону, призмова міцність якого становила Rb=19,0 МПа у віці 28 діб та Rb=23,3 МПа на момент випробовування (у віці 97 діб). Всього було виготовлено 7 плит, з яких 6 плит були з попередньо напруженою арматурою і 1 плита із звичайною (ненапруженою) арматурою (марка плити ПН-0,0/0,0). Рівні обтиску плит вздовж осей х та у становили відповідно x=0,7Rb та y=0,7Rb, в плитах марки ПН-0,7/0,7; x=0,7Rb, та y=0,3Rb в плитах марки ПН-0,7/0,3; x=0,7Rb, та y=0 в плитах марки ПН-0,7/0,0.

Програма досліджень полягала у двох етапах випробувань. На першому етапі були випробувані плити без підсилення сталефібробетоном. На другому етапі ці ж плити, що були доведені до руйнування, зміцнювались шаром сталефібробетону в розтягнутій зоні і знову ж випробовувались на дію поперечної сили.

Для підсилення плит використовувався сталефібробетон товщиною 20 мм, армований сталевими фібрами діаметром df=0,7 мм та довжиною lf=70 мм. Розрахунковий опір фібр на розтяг Rf=500 МПа. Коефіцієнт фібрового армування становив fv=0,015. Розрахункові опори сталефібробетону на стиск та розтяг у віці 28 діб відповідно становив Rbf=14,04 МПа та Rbtf=8,27 МПа. Марка підсилених плит така ж як у нових, але з додатковими символами ПФ.

До плит прикладалось рівномірно-розподілене навантаження у вигляді 16-ти зосереджених сил. Опирання плит - шарнірне по контуру.

Плити марок ПН-0,0/0,0-ПФ і ПН-0,7/0,0-ПФ зруйнувалися внаслідок дії згинального момента, а плити ПН-0,7/0,3-ПФ і ПН-0,7/0,7-ПФ через продавлювання, тобто за похилими перерізами внаслідок дії поперечних сил. При цьому плита ПН-0,7/0,3-ПФ виявила так би мовити комбіновану схему руйнування, тобто зруйнувалася від сумісної дії моменту і поперечної сили. Плита ПН-0,7/0,7-ПФ була ближче до “чистої” схеми продавлювання і зруйнувалася від місцевого зрізування.

Якщо вважати характер руйнування плит таким, що відповідає втраті міцності від згину, є підстави визначати несучу здатність зразків за отриманими деформаціями. Міцність підсилених плит у цьому разі, згідно з рис. 1, обчислюють за формулою

, (3.17)

де . (3.18)

Значення граничних деформацій стиснутої зони бетону і розтягнутої зони сталефібробетону отримані дослідним шляхом [9]. Величини деформацій та обчислених за ними граничних згинальних моментів наведені у табл. 1.

Рис. 1. Розподіл напружень та деформацій у нормальному перерізі плити в момент руйнування: а - схема перерізу; б - розподіл напружень; в - розподіл деформацій.

Таблиця 1

Порівняння дослідних і теоретичних значень при руйнуванні піджсилених залізобетонних плит

З табл. 1 видно, що такий спосіб розрахунку дає можливість досить точно оцінювати несучу здатність за деформаціями для плит марок ПН-0,0/0,0-ПФ і ПН-0,7/0,0-ПФ. Далі розбіжність між теорією і експериментом зростає і для плит марки ПН-0,7/0,3-ПФ становить вже 12%, а для плит ПН-0,7/0,7-ПФ - більше 18%. Це ще раз свідчить про те, що характер руйнування впливає на міцність плит.

Загальну поперечну силу , яку сприймають існуючі шари бетонів розглядають як суму складових

, (1)

де - складова поперечної сили, яку сприймає бетон стиснутої зони над вершиною похилої тріщини; - складова поперечної сили, яка сприймається за рахунок зчеплення бетону уздовж берегів похилої тріщини; - складова поперечної сили, яка сприймає при зрізуванні шару сталефібробетону; - складова поперечної сили, яка сприймається за рахунок нагельного ефекта арматури, що перетинає діагональну тріщину.

Після детального обстеження зруйнованих елементів марки ПН-0,7/0,7-ПФ стало зрозумілим, що перші дві складові формули (1) практично не впливають на загальну міцність плит, оскільки стиснута зона була складена з бетонних фрагментів, з'єднаних поздовжньою арматурою.

Реальна міцність дослідних плит марок ПН-0,7/0,3-ПФ і ПН-0,7/0,7-ПФ була забезпечена двома складовими

, (2)

де - міцність шару сталефібробетону на продавлювання; - дотичне (нагельне) зусилля у поздовжній арматурі плити.

Чинні нормативні документи [3, 6], а також численні літературні джерела [2, 4, 5, 7, 8 та ін.], для визначення міцності при продавлюванні рекомендують використовувати співвідношення, яке для нашого випадку (рис. 2) можна записати таким чином

, (3)

де - середнє арифметичне між периметрами верхньої та нижньої основ піраміди продавлювання в межах шару підсилення ; - міцність бетону у параметричній точці 3; 0,7 - емпіричній коефіцієнт, прийнятий згідно з рекомендаціями роботи [4].

Рис. 2. Схема продавлювання плит, підсилених сталефібробетоном:

1 - критична тріщина.

У місці перетину похилої тріщини у поздовжній арматурі діють осьові та нагельні зусилля, складність визначення яких полягає у тому, що при руйнуванні бетону по стиснутій зоні напруження у арматурі не досягають граничних значень, а власне зусилля таким чином є невідомими величинами.

В існуючій практиці поки що не знайдено прямих шляхів визначення зусиль у поздовжній арматурі, які були б засновані на її фактичному напружено-деформованому стані. Звідси у розрахунках переважають непрямі способи і заходи [1, 2, 7].

Дотичне зусилля у в'язі, яку утворює поздовжня арматура (нагельне зусилля у поздовжній арматурі) (рис. 3) становить

, (4)

в якому дотичне напруження обчислюють як функцію деформацій зсуву арматури та податливості арматури зсуву у місці її перетину похилою тріщиною

. (5)

Повну площу арматури , яку враховують при визначенні нагельного ефекту приймають як площу усіх стержнів у перерізі уздовж однієї осі, тобто , у нашому випадку n=9.

Рис. 3. Деформування елемента у прольоті зрізу: до визначення нагельного ефекту.

Деформації зсуву арматури знаходять з геометричних побудов (див. рис. 3) при прийнятій кінематичній схемі деформування і приблизно визначають як різницю кутів повороту арматурного стержня в бетонних блоках В1 і В2