CC BY
59
УДК 625.014.37
П1ДВИЩЕННЯ М1ЦНОСТ1 БЕТОНУ ПРИ ВИКОРИСТАНН1 ЗОВН1ШНЬОГО АРМУВАННЯ КОНСТРУКЦ1Й
Ю.В. Глазунов, доцент, к.т.н., ХНАДУ
Анотаця. Описано результати проведених теоретичних та експериментальних досл1джень сталебетонних конструкцт при р1зних способах поздовжнього навантаження 7 показано техшко-економ^чну ефектившсть застосування цих конструкцт зам1сть сталевих 7 зал1зобетонних.
Ключов1 слова: сталебетон, осьовий стиск, згин, зовтшне армування, тензодатчики, бетонне ядро, стальна оболонка, сталебетонний елемент.
Вступ
Збiрнi та монолит конструкци iз зовшшшм армуванням одержали розповсюдження в рiзних галузях будiвництва в нашт кра1ш та за кордоном. Цьому сприяли розширення галузi застосування залiзобетону (в тому числi для спещальних споруд енергетичного та пдротехшчного будiвництва), техшко-економiчна ефективнiсть таких конструкцт, а також можливiсть використання зовшшньо1 арматури як опалубки при монол^ному способi будування.
Бетон у поеднанш зi стальною арматурою виявляеться основним матерiалом для житло-во-громадського, промислового,
енергетичного, транспортного та
сшьськогосподар-ського будiвництва.
Концентроване розташування листово! арматури на зовшшшх гранях сталебетонних конструкцт дозволяе знизити !х масу, зменшити розмiри перерiзу в порiвняннi iз залiзобетонними конструкцiями та одержати економда сталi при однаковiй висотi. Тому поряд з пошуками успiшно конкуруючих рiшень в залiзобетонi, стимулюеться розвиток тших комплексних матерiалiв та конструкцт, зокрема, сталебетонних.
Аналiз публiкацiй
В роботах [1 - 3] зазначено важливють впровадження конструкцiй iз зовшшшм
армуванням як найбшьш економiчних конструкцт у порiвняннi з традицiйними залiзобетонними. Економiчнiсть таких конструкцiй забезпечуеться за рахунок бшьш рацiонального використання матерiалiв.
У науковiй працi [1] вiдмiчено, що армування бетону зовнiшньою оболонкою сприяе пiдвищенню мiцностi такого конструктивного елементу як трубобетон. Досягаються найкращi показники щодо роботи бетону при навантаженш, в результатi чого зменшуються усадочнi деформацп i шдвищуеться опiр бетону ди агресивного середовища.
В робот [2] надано дослiдження фiзико-мехашчних властивостей матерiалiв, якi знаходяться у складi трубобетонних конструкцiй. Показано вплив матерiалiв на несучу здатнiсть i деформаци трубобетонних елементiв. Визначенi геометричш характеристики поперечного перерiзу конструкци iз сталебетону. Показанi теоретичнi рiшення для ощнки напружено-деформованого стану згинаючих стержнiв з урахуванням об'емного напруженого стану бетонного ядра.
В робот [3] розроблено методику розрахунку сталебетонних елементв прямокутного поперечного перерiзу на мщшсть при осьовому стиску. Показано взаемодда стально1 оболонки i бетонного ядра, яке працюе в умовах об'емного
напруженого стану зi змшними параметрами деформування. Наведено чисельнi розрахунки напружено-деформованого i граничного стану перерiзу сталебетонно! конструкци.
Мета та постановка задачi
Метою цього дослщження е визначення впливу способiв передачi зовнiшнього поздовжнього навантаження на несучу здатнiсть сталебетонних конструкцiй.
У наведеному дослiдженнi необхщно було вирiшити таке:
- розробити способи розрахунку сталебетонних конструкцш на центральний стиск при передачi поздовжнього навантаження на кожний конструктивний елемент окремо;
- у результат проведеного експерименту визначити вплив способiв передачi поздовжнього навантаження на характер деформування та зруйнування сталебетонних конструкцiй;
- визначити наявшсть сил зчеплення мiж бетоном i сталлю та !х вплив на несучу здатнють сталебетонних конструкцiй;
- перевiрити мiцнiсть сталебетонних балочних конструкцш при робот на згин, з визначенням сил зсуву по площиш з'еднання листово! арматури i бетону по довжиш балки.
Особливiсть сталебетонних конструкцш
Для сталебетонних конструкцш характерш таю переваги перед шшими бущвельними конструкцiями: спрощення технологи виготовлення; простота складання, ремонту та посилення; для виготовлення сталебетонних конструкцш немае потреби застосування спецiальних форм; монтаж елеменпв здiйснюеться за такою ж технолопею, як i металевих; стальна обойма виконуе роль поздовжньо! та поперечно! арматури.
Сталебетоннi елементи використовуються як стержневий каркас багатоповерхових житлових, громадських, промислових будiвель, при будiвництвi мостiв, шляхопроводiв та транспортних розв'язок. У вшх випадках, у порiвняннi iз залiзобетоном •пе! ж несучо! здатностi, знижуеться собiвартiсть будiвництва, i на 30 - 40 % зменшуеться витрата металу.
Особливютю сталебетонних конструкцiй виявляеться ефективна сумiсна робота стальних i бетонних елементiв. Вiд стальних
конструкцш !х вiдрiзняе значно менша витрата металу (економiя досягае 20 - 40 %), у порiвняннi iз залiзобетонними вони мають в 1,5 - 2,5 рази меншу масу [1].
Економiчнiсть конструкцiй iз зовшшшм армуванням, порiвняно з традицiйними залiзобетонними, забезпечуеться за рахунок бiльш рацюнального використання матерiалiв. Бетон, замкнений в обойму, мае збшьшену мiцнiсть за рахунок бокового стискання; стальна обойма значно захищена вщ втрати мюцево! та загально! стiйкостi [2].
Вщомосп про експериментальнi дослiдження
У цш роботi розроблено способи розрахунку сталебетонних конструкцш при рiзних дiяннях зовнiшнього поздовжнього навантаження. Експериментальними
дослiдженнями
виявлено вплив способiв прикладення зовнiшнього поздовжнього навантаження на несучу здатнють сталебетонних конструкцш та надано порiвняння з теоретичними результатами.
Експериментальнi дослiдження
сталебетонних зразкiв проведено на осьовий стиск при передачi поздовжнього навантаження на бетон i сталь одночасно; на стальну обойму в зразку, заповненому бетоном; на стальну обойму в зразку безбетонного ядра.
При таких способах передачi навантажень на поздовжшх сторонах пластин обойми зги-наючi моменти вiдсутнi. Це дозволяе розглядати металеву обойму як окремi шарнiрно опертi пластини, завантажеш в поздовжньому i в поперечному напрямках. При цьому припускаеться, що одностороннi контактнi зв'язки мiж заповнювачем i обоймою не перешкоджають згину пластин назовнi.
Сталебетоннi колони випробовувались на гiдравлiчному пресi ПММ-250. Опорш пристосування забезпечували шарнiрну схему закршлення зразка. Спецiальнi захвати дозволяли випробовувати колони з рiзним поперечним перерiзом. В процесi випробувань вимiрювались поздовжш i поперечнi деформаци. Для цього в зразках по всьому периметру середнього по довжиш перерiзу наклеювалися тензодатчики в поперечному та поздовжньому напрямках.
Центрування колон в процес випробування виконували згiдно з показниками тензодатчикiв. Колони завантажувалися етапами з витримками для зняття показниюв вимiрювальних приладiв. Вщрахування за приладами починали знiмати з початку навантаження.
Експериментальними дослiдженнями
пiдтверджено висновки теоретично!' частини сто-совно шдвищення мщност
сталебетонних конструкцiй у порiвняннi iз залiзобетонними. В сталебетонних конструкцiях наявшсть обойми, ошрнш перемiщенню бетону в
поперечному напрямку, приводить до збшьшення мiцностi бетону, а наявшсть заповнювача усерединi оболонки збiльшуe ïï стiйкiсть. Бетон i сталь в такому поеднанш створюють найбiльш сприятливi умови для спiльноï роботи.
Висновки
На основi проведеного аналiзу теоретичних та експериментальних дослiджень можна зробити висновки, що застосування сталебетону ефективно в конструкщях, якi працюють на осьовий стиск, а також в елементах, яю пiдлягають згину i позацентровому стиску. При цьому, у порiвняннi з залiзобетонними, сталебетоннi конструкцiï мають пiдвищену несучу здатнiсть, жорсткiсть, трщиностшкють, а в порiвняннi з металевими - меншу метало-мiсткiсть .
Результати випробувань стальних оболонок в зразках безбетонного ядра показали, що розрахунки критичних напружень i границ несучо1' здатност надають збиткову, у порiвняннi з експериментальними
результатами, вщносну помилку, яка не перевищуе 15 %.
Несуча здатнiсть оболонок iз заповнювачем перевищуе несучу здатнiсть порожшх оболонок в середньому в 1,7 рази. Бетонне
ядро i оболонка зв'язаш мiж собою силами зчеплення дискретно по довжиш i перерiзу
[3].
При передачi поздовжнього навантаження на бетон несуча здатнють сталебетонних конструкцш складае в середньому 0,8 шж при передачi навантаження одночасно на бетон i оболонку. Порiвняння з роботою бетонних конструкцш показуе, що наявнють металево1' обойми дае можливють збiльшити несучу здатнiсть сталебетонних конструкцш в середньому в два рази.
Порiвняння теоретичних i
експериментальних даних показало, що максимальна розбiжнiсть не перевищуе 8,5 %.
Використання у бущвнищга сталебетонних конструкцiй, в основу яких покладено розроблеш способи розрахунюв, дозволяе при бiльших навантаженнях та обмежених розмiрах поперечних перерiзiв знизити витрату сталi на 30 - 35 % в порiвняннi iз залiзобетонними конструктивними
елементами.
Лiтература
1. Грушко И.М., Ильин А.Г., Чихладзе Э.Д.
Повышение прочности и выносливости бетона. - Харьков: Изд-во при Харьк. гос. университете, 1986. - 150 с.
2. Смирнов С.Б. О прочности и пластичности
бетона при сложных нагружениях // Бетон и железобетон. - 1982. - № 9. - C. 36 - 37.
3. Чихладзе £.Д., Арсланханов А.Д. Расчет
сталебетонных элементов прямоугольного сечения на прочность при осевом сжатии // Бетон и железобетон. - 1993. - № 1. - С. 13 - 15.
Рецензент: В.К. Жданюк, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакци 17 шчня 2008 р.
