CC BY
22
Оригинальная статья / Original article УДК 691.714:691.328
DOI: http://dx.d0i.0rg/l0.21285/2227-2917-2021 -2-260-273
Деформативность предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементов с высокопрочной арматурной
сталью класса Ат1200
© А.И. Кауров
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления,
г. Улан-Удэ, Россия
Резюме: Отечественная инновационная разработка высокопрочной термомеханически упрочненной арматурной стали класса Ат1200 марок 30ХГС2 и 30ХС2 позволяет повысить эффективность применения предварительно напряженного железобетона в различных отраслях строительства. Анализ деформативности преднапряженных изгибаемых железобетонных элементов с данным эффективным видом арматурной стали является основной целью настоящей работы. Для изучения особенностей напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов с арматурной сталью Ат1200 проведены испытания железобетонных балочных элементов прямоугольного сечения, обычных и предварительно напряженных. Контрольный прогиб опытных элементов, являющийся критерием их деформативности, фиксировался механическими и тензометрическими измерительными устройствами. В данной работе, как отдельная часть комплексного изучения стали Ат1200 и конструкций на ее основе, представлены результаты экспериментально-теоретических исследований воздействия преднапряже-ния на деформативность изгибаемых железобетонных элементов. По результатам проведенных исследований констатируется, что предварительное напряжение, при соответствующем его уровне, существенно повышает жесткость (снижает деформативность) изгибаемых элементов. Обоснована возможность распространения методики действующих норм, базирующейся на общих правилах строительной механики и позволяющей учитывать не только изгиб-ные, но и сдвиговые деформационные характеристики элементов в сечении по их длине, для расчетной оценки прогибов преднапряженных изгибаемых элементов с исследуемой сталью Ат1200. Влияние на деформативность и трещиностойкость изгибаемых элементов с напрягаемой сталью Ат1200 начальных доэксплуатационных трещин обжатия (трещин от выгиба в сжатой при эксплуатации зоне) рекомендуется осуществлять посредством полученных эмпирических зависимостей для коэффициента Á.
Ключевые слова: арматурная сталь, железобетонные изгибаемые элементы, предварительное напряжение, деформативность и жесткость, прогиб
Для цитирования: Кауров А.И. Деформативность предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементов с высокопрочной арматурной сталью класса Ат1200. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2021. Т. 11. № 2. С. 260-273. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2021-2-260-273
Deformability of prestressed flexural reinforced concrete elements with high-tensile reinforcement steel of At1200 class
Anatoliy I. Kaurov
East Siberia State University of Technology and Management, Ulan-Ude, Russia
Abstract: A homegrown innovation of thermo-mechanically treated high-tensile reinforced steel (AT1200 class, 30HGS2 and 30HS2 types) increases the efficiency of prestressed reinforced concrete in the construction industry. This paper analyses the deformability of prestressed flexural reinforced concrete elements with the AT1200 reinforcement steel. To study the characteristics of the stress-strain behaviour in flexural elements with the AT1200 reinforcement steel, rectangular-sectioned, conventional and prestressed reinforced concrete beam elements were tested. Reference deflection of the test elements, which was used as a deformability criterion, was recorded by me-
Том 11 № 2 2021
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 260-273 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 11 No. 2 2021 _pp. 260-273
ISSN 2227-2917 чел (Print)
260 ISSN 2500-154X (online)
chanical and strain-gauge measuring equipment. This work is part of a comprehensive study on AT1200 steel and constructional steelworks. The findings of experimental and theoretical studies are presented, addressing the effect of prestressing on the deformability in flexural reinforced concrete elements. The obtained results indicate that prestress, if applied correctly, significantly increases the stiffness (reduces the deformability) of the flexural elements. The methodology of current standards is based on a general structural theory and includes both flexural and shear strain characteristics of structures in the section over their length. The possibility of extending the method to assess deflections of the prestressed flexural elements with the studied AT1200 steel is substantiated. Empirical dependencies obtained for the n coefficient are recommended for affecting the deformability and cracking resistance of flexural elements comprising prestressed AT1200 steel and initial preoperational prestressing cracks (deflection cracks in the zone, pressed during operation).
Keywords: reinforced steel, reinforced concrete bending elements, prestressing, deformability and rigidity, deflection
For citation: Kaurov AI. Deformability of prestressed flexural reinforced concrete elements with high-tensile reinforcement steel of At1200 class. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2021; 11(2):260-273. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2917-2021-2-260-273
Введение
Железобетон, в первую очередь предварительно напряженный, в настоящее время является и, по прогнозам специалистов [1-8], в обозримой перспективе сохранит свои позиции доминирующего конструкционного материала.
Применение преднапряженного железобетона на основе высокопрочной арматурной стали открывает более широкие возможности для возведения современных и уникальных зданий и сооружений, одновременно способствуя значительному снижению металлоемкости несущих железобетонных конструкций при сохранении заданных параметров надежности. Поэтому разработка и освоение отечественной металлургической промышленностью высокопрочной арматурной стали является гарантом дальнейшего развития предварительно напряженного железобетона.
Технология прокатки термомеханически упрочненной арматурной стали класса Ат1200 марок 30ХГС2 и 30ХС2 в полном сортаменте была отработана автором на Западно-Сибирском («ЕВРАЗ ЗСМК») и Криворожском («Криворожсталь») металлургических комбинатах. Данный класс стали до настоящего времени остается наиболее высокопрочным видом отечественной стержневой арматуры с условным пределом текучести а02 > 1200 Н/мм2 и временным сопротивлением аи > 1450 Н/мм2.
Несомненным достоинством данного арматурного проката является то, что, наряду с высокой прочностью, он обладает
и высокими показателями пластичности -среднестатистические значения относительного удлинения составляют: = 12% и ^ = 4%.
Особенно важным данное обстоятельство представляется для ответственного строительства, в том числе в сейсмически опасных регионах, в высотном строительстве и мостостроении, так как сталь, сочетающая высокую прочность и пластичность, способна поглощать и рассеивать при воздействии динамических нагрузок (сейсмических, ветровых и другой природы) большое количество разрушительной энергии [9-14].
В силу указанного можно констатировать, что масштабное внедрение в практику строительного проектирования напрягаемой высокопрочной экономно-легированной стали Ат1200 является исключительно актуальной задачей, решение которой будет способствовать достижению уровня лучших мировых стандартов в области преднапряженного железобетона.
Экономическая эффективность от применения высокопрочных материалов в строительстве к тому же хорошо корреспондируется с одной из непреходящих задач человечества, а именно с задачей ресурсосбережения. Однако, высокие прочностные параметры напрягаемой арматуры Ат1200, особенно крупных диаметров, предопределяют специфику ее применения в преднапряженных элементах.
Данное обстоятельство диктует необходимость создания дополнительной нормативно-расчетной базы, отсутствие которой является одним из сдерживающих факторов широкого применения таких перспективных материалов в железобетонных конструкциях. Основываясь
Том 11 № 2 2021
с. 260-273 Vol. 11 No. 2 2021 pp. 260-273
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
на данном основополагающем принципе, в рамках работ1 [15-20] проведены комплексные экспериментально-теоретические исследования физико-механических
свойств арматурной стали Ат1200 и напряженно-деформированного состояния пред-напряженных изгибаемых элементов на ее основе.
Основной же целью настоящей работы является более детальное и обстоятельное исследование деформативности предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементов, армированных сталью Ат1200, и обоснование возможности распространения методики действующих норм для расчета данных элементов по деформациям (прогибам).
Достоверность расчетных параметров деформативности, а также прочности и трещиностойкости опытных элементов балочного типа, в том числе полученных по разработанным оригинальным методикам, подтверждается результатами проведенных физических экспериментов2.
При этом основным условием правдивости экспериментальных данных являлось обязательное дублирование тензометриче-ских измерений деформаций материалов показаниями традиционных механических приборов высокого класса точности, таких как прогибомеры 6ПАО, индикаторные устройства (мессуры) и т.д., основными измерительными элементами которых служат индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм и 0,001 мм.
Материалы и методы исследования
Для достижения поставленной цели проведены серийные испытания крупноразмерных опытных изгибаемых элементов с исследуемой арматурой диаметром ds = 12, 18 и 25 мм.
Опытные образцы представляли собой железобетонные балки прямоугольного сечения, как обычные, так и предварительно напряженные. Номинальные размеры данных балок, изготовленных из бетона класса B40, составляли: длина l = 2800 мм, ширина Ь = 150 мм, высота h = 300 мм и 325 мм. Конструкция опытных балок I группы, предназначенных для исследования прочности нормальных сечений, трещиностойкости и
деформативности, представлена на рис. 1. Балки этой группы разбиты на серии I и II, которые отличались величиной пролета среза а и размерами поперечного сечения. К числу других варьируемых при испытании параметров относится уровень преднапряжения продольной арматуры о^/о.
Общий вид силового стенда рамного типа, на котором производились испытания опытных образцов на прямой поперечный изгиб, представлен на рис. 2.
Образцы испытывались как свободно опертые однопролетные балки с зоной чистого изгиба при нагружении двумя сосредоточенными силами Р.
Принципиальная схема расположения тен-зометрических и механических измерительных устройств, позволяющих фиксировать прогиб / опытных балок, приводится на рис. 2 и 3. Задействованная в эксперименте система измерительных устройств позволяла также определять момент образования Мсге, ширину
раскрытия нормальных асгс и наклонных
асгс тс трещин, деформации бетона сжатой
зоны е6т и другие параметры.
Полная номенклатура экспериментального измерительного оборудования и устройств с указанием их марок и моделей и фиксируемых с их помощью параметров сведена в табл. 1.
Контрольный прогиб опытных балок /к, как
критерий их деформативности, фиксировался в середине пролета в сечении с максимальным изгибающим моментом (/тах), а также под местами приложения сосредоточенных нагрузок
( Л.1 и 1р.2 ).
Нагружение задавалось гидравлическим домкратом ДГ-50 через распределительную траверсу (рис. 2). Величина нагрузки контролировалась по манометру насосной станции, прошедшей тарировку. Нагрузка прикладывалась поэтапно и на каждом из этапов составляла не более 1/10 от прогнозируемой разрушающей нагрузки. На этапах, граничащих с моментом трещинообразования Мт и исчерпанием несущей способности образца, нагрузка уменьшалась соответственно в два и три раза.
1Кауров А.И. Влияние предварительного напряжения высокопрочной арматурной стали класса Ат1200 (Ат^П) на напряженно-деформированное состояние изгибаемых железобетонных элементов: дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01. Улан-Удэ, 2017. 324 с. 2Там же.
Том 11 № 2 2021
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 260-273 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 11 No. 2 2021 _pp. 260-273
ISSN 2227-2917 (print)
262 ISSN 2500-154X (online)
Рис. 1. Конструкция опытных балок I группы, предназначенных для исследования прочности нормальных сечений, трещиностойкости и деформативности Fig. 1. The design of the experimental beams of group I, designed to study the strength of normal sections, crack
resistance and deformability
Том 11 № 2 2021 ISSN 2227-2917
a b
Рис. 2. Испытание на изгиб опытных элементов, вид со стороны: a - тензометрические датчики; b - механические измерительные приборы, справа тензометрическая станция ЛАСНИ-ТОР 2,2 Fig. 2. Bending test of experimental elements, view from the side: a - strain gauges; b - mechanical measuring instruments, right strain gauge station LASNI-TOR 2.2
Рис. 3. Принципиальная схема размещения измерительных средств при испытании
на изгиб опытных элементов Fig. 3. Schematic diagram of the placement of measuring instruments during bending
test of experimental elements
ISSN 2227-2917 Том 11 № 2 2021 пел (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 260-273 264 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 11 No. 2 2021 _(online)_pp. 260-273
Таблица 1. Номенклатура измерительного оборудования и устройств, используемых при испытании опытных изгибаемых элементов с арматурной сталью Ат1200
Table 1. Nomenclature of measuring equipment and devices used when testing experimental bending elements
№ п/п Измерительное оборудование и устройства Фиксируемые параметры
Принятое обозначение Наименование, марка и модель
1 И-1,2,3,4 Симметричные пары индикаторов часового типа с ценой деления 0,001 мм на напрягаемой арматуре Смещение арматуры относительно бетона на торце балки (втягивание арматуры в бетон)
2 П-1,2 Прогибомеры конструкции Мокина на базе 250 мм с индикаторами часового типа 0,01 мм, закрепленные на нижней арматуре 025 мм при помощи реперов Деформации растянутой арматуры
3 П-3,4 Прогибомеры конструкции Мокина на базе 250 мм с индикаторами часового типа 0,01 мм, закрепленные на верхней арматуре 012 мм при помощи реперов Деформации сжатой арматуры
4 М-3 Мессуры на базе 250 мм с индикаторами часового типа 0,01 мм, закрепленные на верхних дополнительных арматурных стержнях при помощи реперов Деформации сжатой напрягаемой арматуры
5 М-4,5 Мессуры на базе 350 мм с индикаторами часового типа 0,01 мм, закрепленные на бетонной поверхности верхней грани балок при помощи реперов Деформации сжатой зоны бетона
6 Пр-1,2,3 Прогибомеры 6-ПАО, закрепленные для исключения влияния на прогибы осадки опор на металлической ферме («обноске») Прогиб балки в местах приложения сосредоточенной нагрузки и в середине пролета
7 Г-1,2,3,4,5 Рычажные тензометры Гугенбергера на базе 100 мм, закрепленные на бетонной поверхности в зоне чистого изгиба Деформации в сжатой и растянутой зонах бетона
8 Г-6,7,8 Рычажные тензометры Гугенбергера на базе 100 мм, закрепленные (через «окна») на поперечной арматуре в зоне опасного наклонного сечения Деформации поперечной арматуры
9 Г-9 Рычажные тензометры Гугенбергера на базе 100 мм, закрепленные (через «окна») на напрягаемой нижней арматуре 025 мм в зоне опасного наклонного сечения Деформации продольной арматуры
10 Т-1 Цепочки тензодатчиков с базой 50 мм на бетонной поверхности, перекрывающие зону опасного наклонного сечения Деформации бетона и определения момента образования наклонных трещин
11 Т-2 Ряды тензодатчиков с базой 50 мм на бетонной поверхности по высоте сечения под сосредоточенной нагрузкой Деформации бетона
12 Т-3 Ряды тензодатчиков с базой 50 мм на бетонной поверхности по высоте сечения в зоне чистого изгиба Деформации бетона
13 Т-4 «Розетки» тензодатчиков с базой 50 мм в зоне опасного наклонного сечения Деформации бетона и момент образования наклонных трещин
14 Т-5 Цепочки тензодатчиков с базой 50 мм на бетонной поверхности на уровне нижней напрягаемой арматуры в зоне передачи напряжений с арматуры на бетон / Распределение деформаций бетона по длине / и момент образования нормальных трещин в растянутой зоне
15 Т-6 Тензодатчики с базой 50 мм на бетонной поверхности верхней грани балок Деформации крайнего волокна сжатой зоны бетона
Отсчеты по измерительным приборам снимались сразу после приложения нагрузки и в конце выдержки. Время выдержки под
нагрузкой составляло 10 минут до появления в образце трещин и увеличивалось до 15 минут после появления трещин.
Том 11 № 2 2021
с. 260-273 Vol. 11 No. 2 2021 pp. 260-273
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
Результаты и их обсуждение
Экспериментальные значения контрольных прогибов опытных элементов /кхр как фактические перемещения, фиксируемые в
процессе испытании в середине пролета при уровне нагрузки Мжг = 73,77 кНм, приводятся в табл.2.
Таблица 2. Опытные и расчетные контрольные прогибы изгибаемых элементов I группы с высокопрочной арматурной сталью класса Ат1200 (при Mser = 0,6 ■ 0,7Ми)
Table 2. Experimental and calculated control deflections of the bending elements of group I with high-strength reinforcing steel of At1200 class (М = 0,6 ■ 0,7М )
Опытные элементы a sp sup ao,2 Опытный контрольный прогиб fkexp , мм Усилие обжатия P 1 0,2 , кН Кривизна (1)Х10'< см-1 Прогиб от деформаций изгиба f , мм J m ' Прогиб от деформаций сдвига fq , мм Выгиб от усилия обжатия rth fp , мм Расчетный контрольный прогиб rth fk , мм Погрешность расчета* Afk , %
Опытные элементы без предварительного напряжения
БО-I-I-I 0,00 18,10 - 21,12 14,31 2,94 - 17,25 +4,93
БО-II-I-10 18,41 20,97 17,50 2,84 20,34 -9,49
БО-II-II-13 19,33 20,97 17,50 2,87 20,37 -5,11
БО-II-III-16 19,52 20,25 15,24 2,84 18,08 +7,96
БО-II-IV-19 19,05 20,44 15,39 2,81 18,20 +4,67
БО-II-V-22 17,09 21,46 12,90 2,99 15,89 +7,55
j'exp j'th *средняя величина расхождения Af =—- k x 100% fk A A = +1,75% = 6,62%
Предварительно напряженные опытные элементы
БН-М-2 «0,55 11,20 185,33 8,744 5,93 1,19 4,82 11,95 -6,28
БН-II-Y-23 10,83 204,72 8,376 5,04 1,15 3,46 9,65 + 12,23
БН-М-М1 12,15 217,98 7,982 6,66 1,10 4,87 12,63 -3,80
БН-II-III-17 12,05 223,59 8,039 6,05 1,12 4,33 11,49 +4,87
БН-II-II-14 12,90 229,95 7,908 6,60 1,08 4,63 12,31 + 1,54
БН-II-IY-20 12,67 237,29 7,903 5,95 1,10 3,97 11,02 + 14,97
BH-I-I-3 «0,75 8,62 290,32 3,96 2,68 0,54 7,26 10,48 -17,75
BH-I-I-5 8,69 312,14 3,98 2,70 0,55 6,66 9,91 -12,31
BH-I-II-6 6,97 301,46 3,22 2,43 0,54 5,12 8,09 -13,84
БН-I-II-e 6,73 307,56 3,33 2,50 0,55 4,98 8,03 -16,19
БН-М-4 «0,95 5,74 525,87 1,57 1,06 0,21 6,36 7,63 -24,77
БН-II-IY-24 5,49 573,28 2,51 1,51 0,35 4,18 6,04 -9,11
BH-I-II-7 4,30 546,92 2,66 2,00 0,45 3,74 6,19 -30,53
BH-I-II-9 4,33 564,04 3,31 2,49 0,56 3,26 6,31 -31,38
БН-М-М2 - 528,52 2,54 2,11 0,35 5,72 8,18 Mser > 0,8 Mu
Б1—I-II-II-15 7,44 513,62 2,25 1,88 0,31 6,44 8,64 -13,89
БН-II-III-18 7,03 531,44 2,31 1,74 0,32 5,62 7,68 -8,46
БН-II-IY-21 7,01 494,19 2,33 1,75 0,33 5,91 7,99 -12,26
j-exp j-th *средняя величина расхождения Af = —k-^ k x 100% fk A A = -9,82% = 13,78%
ISSN 2227-2917 Том 11 № 2 2021 пес (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 260-273 266 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 11 No. 2 2021 _(online)_pp. 260-273
Выбранное значение нагрузки соответствует целочисленному значению манометра задающей нагружение насосной станции Р = 50 условных единиц и к тому же попадает в диапазон эксплуатационных нагрузок для балок I группы: М8ег = 0,6 + 0,7Ми. Развитие кривых прогибов при испытании и влияние предвари-
тельного напряжения, при различных зна-
чениях его уровней а.
sp
/а sup /а0,2 ,
на величину
контрольного прогиба /еР продемонстрировано на рис. 4 на примере отдельных опытных элементов.
10 12 141613 2022 24 26 23 30 3234 36 33 40 b
Рис. 4. Кривые развития прогибов в середине пролетов при нагружении для элементов, разрушившихся по нормальному сечению: a - балки I группы, серия I; b - балки I группы, серия II Fig. 4. Curves of development of deflections in the middle of spans under loading for elements, collapsed along the normal section: a - beams of group I, series I; b - beams of group I, series II
Том 11 № 2 2021 ISSN 2227-2917
В соответствии с нормами строительного проектирования3 теоретический контрольный прогиб опытных балок fth определялся как:
ft = f + f 2 , где f - суммарный прогиб от действия
всей внешней нагрузки, в том числе от собственного веса балок, а также от усилия предварительного обжатия напрягаемой арматурой; f - выгиб для предварительно напряженных балок.
В целях обеспечения корректности при сопоставлении экспериментальных fep и
теоретических f th значений прогибов последние также рассчитывались при едином значении изгибающего момента M = 73,77 кНм.
ser '
Расчетные значения прогибов определяли по методике4, которая базируется на общих принципах строительной механики. При этом учитывались изгибные (кривизна 1/r ) и сдвиговые (угол сдвига ) деформационные характеристики опытных балок в сечении по их длине.
Соотношение расчетного пролета и высоты поперечного сечения испытуемых элементов составляло lo/h < 10, поэтому во внимание принималось влияние поперечных сил на прогиб.
В силу этого выражение для определения полного прогиба f имеет вид:
f fm + fq ,
(1)
где /т - прогиб, обусловленный деформацией изгиба и определяемый функциональной зависимостью (3), исходя из значения кривизны 1/г (4); / - прогиб, являющийся результатом деформаций сдвига и вычисляемый согласно (9).
В соответствии с нормами5 формула для определения прогиба преднапряжен-ных элементов, вызванного деформациями
изгиба, в общем виде записывается как:
1 Í 1 \
fm =i M,
i
d
(2)
V r У
где М - изгибающий момент от единичной силы в сечении х, где определяется прогиб;
(1 ^
— - суммарная кривизна от нагрузки в се-
V г ) х
чении х .
Однако допускается для свободно опертых балок постоянного сечения для сечения с максимальным изгибающим моментом использовать выражение:
где
Í л \
V r
f =
m
Í л \
Í -1 Vr У
Sl0 ,
'il +Í-1 -Íi
V r Уi
Vr
2
Vr
(3)
(4)
з
r
При этом принималось (1/г)2=(1/г) = 0,
так как при испытаниях опытных элементов вся нагрузка являлась кратковременной. Вызванная же выгибом балок кривизна (1/г) , как следствие усадки и ползучести бетона от усилия предварительного обжатия р2 ,
уменьшает их полную кривизну и, соответственно, прогиб.
Так как во всех опытных балках при заданном значении эксплуатационной нагрузки М наличествовали нормальные трещины в
растянутой зоне (> Мсге), а в отдельных балках имели место и начальные трещины от выгиба при обжатии усилием Р , для определения кривизны (1/г) при непродолжительном воздействии нагрузки использовались следующие выражения:
M
ф№ Eb,red
(5)
где Mot = Mser - P02 (--*) esp , (6)
Not = P02 (i - *) .
(7)
3Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004) / ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. М.: ОАО ЦНИИПромзданий, 2005. 158 с.; Методическое пособие по расчету предварительно напряженных железобетонных конструкций (к СП 63.13330) / ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. М.: АО ЦНИИПромзданий, 2015. 171 с.
4Там же.
5Там же.
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
Том 11 № 2 2021
с. 260-273 Vol. 11 No. 2 2021 pp. 260-273
О
4
Из выражении (5)-(7) следует, что кривизна (1/г) и соответствующий еИ прогиб балок отражают воздействие на них кратковременного момента , а также учитывают противодействие усилия обжатия от напрягаемой арматуры.
Влияние на прогиб доэксплуатационных начальных трещин обжатия (трещин выгиба в сжатой при эксплуатации зоне), отмеченных в отдельных балках при высоком
уровне преднапряжения о^/о™р продольной арматуры, учитывалось посредством коэффициента X.
Данный коэффициент корректирует усилие обжатия6 .
Кривизна от остаточного выгиба
определялась на основе выражения: /1 \ '
1
V r J 4
asb - asb Esh0
(1) V r J4
(8)
Примененное для определения прогиба от сдвиговых деформаций / выражение
имеет общий вид:
i
fq ^ Qx Ух dx ,
(9)
где О - поперечная сила от единичной силы в сечении х, где определяется прогиб; - угол сдвига в сечении х .
Расчетные значения контрольных прогибов /1к опытных элементов сведены в табл. 2.
Приведенное в табл. 2 сопоставление к и экспериментальных
/кхр значений прогибов позволяет констатировать, что расхождение данных величин для обычных (без преднапряжения) элементов проявляется в меньшей степени, чем для предварительно напряженных.
Так, для предварительно напряженных
балок превышение расчетных прогибов над опытными /еР в среднем равняется А/ = -9,8% при величине погрешности в аб-
Afk
= 13,8%. В то
солютном выражении
время как для обычных элементов средняя величина расхождения указанных параметров
составила А/ = +1,75% (при отклонении в ту и другую стороны), погрешность в абсолютном выражении достигает |а/| = 6,6%.
Тем не менее выявленную погрешность расчетной оценки деформативности изгибаемых элементов с высокопрочной сталью Ат1200 надлежит признать допустимой.
Основополагающим аргументом в пользу данного утверждения является то обстоятельство, что принятая расчетная методика норм для оценки деформативности содержит ряд допущений, заведомо предопределяющих ее приближенный характер.
Основными из числа таких допущений являются следующие: расчет прогибов производится при минимальной жесткости элементов; упрощенный алгоритм определения доли прогиба / , обусловленного деформациями
сдвига. Данные допущения заведомо предполагают некоторое превышение расчетных прогибов над фактическими в пользу «запаса» надежности.
Общеизвестно, что предварительное напряжение повышает трещиностойкость и снижает деформативность железобетонных изгибаемых элементов.
Если в качестве критерия для практической оценки деформативности (жесткости) принять величину контрольного прогиба /¡хр,
то картина влияния предварительного напряжения на деформативность опытных балок с высокопрочной сталью Ат1200 в количественном выражении выглядит следующим образом. Уменьшение контрольного прогиба /еР преднапряженных балок (при уровнях преднапряжения Оф/о^Р ~0,55; 0,75 и 0,95) по от-
0
6Кауров А.И. Влияние предварительного напряжения высокопрочной арматурной стали класса Ат1200 (Ат-УМ) на напряженно-деформированное состояние изгибаемых железобетонных элементов: дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01. Улан-Удэ, 2017. 324 с.
Том 11 № 2 2021
с. 260-273 Vol. 11 No. 2 2021 pp. 260-273
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
ношению к обычным балкам (а = 0) в что методику действующих норм7 по опреде-
среднем составило 1,6; 2,4 и 3,2 раза, соответственно. Следует заметить, что в балочных элементах с самым высоким уровнем преднапряжения нижней арматуры а «0,95а™р задавалось преднапряжение
верхней арматуры а «0,55а'0ир', призванное ограничивать недопустимый выгиб балок при обжатии усилием Р и оказывающее в последующем нивелирующее воздействие на величину прогиба .
Заключение
Результаты исследований изгибаемых элементов с инновационной высокопрочной сталью Ат1200 позволяют заключить,
лению прогибов надлежит признать приемлемой для расчетной оценки деформатив-ности предварительно напряженных изгибаемых элементов с высокопрочной сталью Ат1200 при условии обязательного учета до-эксплуатационных начальных трещин обжатия (трещин от выгиба в сжатой при эксплуатации зоне). Влияние на прогиб трещин обжатия, являющихся следствием выгиба балок при высоком уровне преднапряжения
а^/а™р , рекомендуется учитывать посредством коэффициента8 к, корректирующего усилие обжатия Р .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Звездов А.И., Михайлов К.В., Волков Ю.С. Предварительно напряженный железобетон: состояние и перспективы развития // Бетон и железобетон. 2000. № 5 (506). С. 2-4.
2. Мадатян С.А. Основы применения в железобетоне высокопрочной стальной арматуры // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 1. С. 17-20.
3. Мадатян С.А. Общие тенденции производства и применения обычной и напрягаемой арматуры // Бетон и железобетон. 1997. № 1. С. 2-5.
4. Митасов В.М. Повышение эффективности применения арматурных сталей // Бетон и железобетон. 1990. № 6. С. 19-20.
5. Тамразян А.Г. Бетон и железобетон -взгляд в будущее // Вестник МГСУ. 2014. № 4. С. 181-189.
6. Тихонов И.Н. Разработка, производство и внедрение инновационных видов арматурного проката для строительства // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 67-75. https://doi.org/10.31659/0585-430Х-2019-774-9-67-75
7. Тихонов И.Н., Блажко В.П., Тихонов Г.И., Казарян В.А., Краковский М.В., Цыба О.О. Инновационные решения для эффективного армирования железобетонных конструкций // Жилищное строительство. 2018. № 8. С. 3-10.
8. Тихонов И.Н., Мешков В.З., Расторгуев Б.С. Проектирование армирования железобетона. М.: Изд-во Центрального института типового проектирования им. Г.К. Орджоникидзе, 2015. 273 с.
9. Звездов А.И., Снимщиков С.В., Харитонов В.А., Суриков И.Н. Проблемы и пути развития современного железобетона // Бетон и железобетон. 2015. № 4 (595). С. 2-8.
10. Кугушин А.А., Узлов И.Г., Калмыков В.В., Мадатян С.А., Ивченко А.В. Высокопрочная арматурная сталь. М.: Металлургия, 1986. 272 с.
11. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воентехлит, 2000. 256 с.
12. Мадатян С.А. Технология натяжения арматуры и несущая способность железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1980. 196 с.
13. Jayaseelan H., Russel B.W. Reducing cambers and prestress losses by including fully ten-
7Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона (к СП 52-102-2004) / ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. М.: ОАО ЦНИИПромзданий, 2005. 158 с.; Методическое пособие по расчету предварительно напряженных железобетонных конструкций (к СП 63.13330) / ЦНИИПромзданий, НИИЖБ. М.: АО ЦНИИПромзданий, 2015. 171 с.
8Кауров А.И. Влияние предварительного напряжения высокопрочной арматурной стали класса Ат1200 (Ат-YII) на напряженно-деформированное состояние изгибаемых железобетонных элементов: дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01. Улан-Удэ, 2017. 324 с._
Том 11 № 2 2021
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 260-273 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 11 No. 2 2021 _pp. 260-273_
ISSN 2227-2917 (print)
270 ISSN 2500-154X (online)
sioned top prestressing strands and mild reinforcing steel // Journal of the Pre-cast/Prestressed Concrete Institute (PCI Journal). 2019. Vol. 64. Iss. 3. pp. 29-46. https://doi.org/10.15554/pcij64.3-05
14. Seguirant SJ, Brice R, Khaleghi B. Making sense of minimum flexural reinforcement requirements for reinforced concrete members // Journal of the Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI Journal). 2010. Vol. 55. Iss. 3. pp. 64-85. https://doi.org/10.15554/pcij.06012010.64.85
15. Кауров А.И. К методике экспериментального исследования деформативности изгибаемых железобетонных элементов с высокопрочной арматурной сталью класса Ат1200 // Образование и наука: сборник статей национальной научно-практической конференции (13-17 апреля 2020 г., Улан-Удэ). Улан-Удэ, 2020. С. 38-52. https://doi.org/10.18101/978-5-9793-1496-9-38-52
16. Кауров А.И. Влияние предварительного напряжения высокопрочной термомехани-чески упрочненной арматурной стали класса Ат1200 на прочность наклонных сечений
изгибаемых элементов // Образование и наука: материалы национальной конференции (15-23 апреля 2019 г., Улан-Удэ). Улан-Удэ, 2019. С.93-104.
17. Кауров А.И., Аюшеев Т.В. Расчет прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов с учетом влияния эффекта упрочнения напрягаемой арматурной стали // Вестник ВСГУТУ. 2018. № 2 (69). С.94-100.
18. Кауров А.И. Влияние предварительного напряжения высокопрочной арматурной стали класса Ат1200 (Ат-УИ) на несущую способность изгибаемых железобетонных элементов // Вестник ВСГУТУ. 2015. № 4 (55). С. 31-37.
19. Кауров А.И. Высокопрочная арматурная сталь класса Ат1200 (Ат-У11): свойства, особенности работы в предварительно-напряженных изгибаемых элементах // Бетон и железобетон. 2015. № 4 (595). С. 8-13.
20. Мадатян С.А., Кауров А.И. Расчетная оценка эффекта деформационно-температурного упрочнения арматурной стали класса Ат1200 (Ат-У11) при предварительном напряжении // Вестник ВСГУТУ. 2013. № 5 (44). С. 113-119.
REFERENCES
1. Zvezdov AI, Mikhajlov KV, Volkov YuS. Prestressed reinforced concrete: state and development prospects. Beton i zhelezobet-on. 2000;5(506):2-4. (In Russ.)
2. Madatyan SA. Basis for the use of high-strength steel reinforcement in reinforced concrete. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo = Industrial and civil engineering. 2013;1:17-20. (In Russ.)
3. Madatyan SA. General trends in the production and use of conventional and prestressed fittings. Beton i zhelezobeton. 1997;1:2-5. (In Russ.)
4. Mitasov VM. Improving the effectiveness the use of reinforced steels. Beton i zhelezo-beton. 1990;6:19-20. (In Russ.)
5. Tamrazyan AG. Concrete and reinforced concrete - glance at future. Vestnik MGSU. 2014;4:181-189. (In Russ.)
6. Tikhonov IN. Development, production and implementation of innovative types of reinforcing bars for construction. Stroitel'nye ma-terialy = Construction Materials. 2019;9:67-
75. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-67-75. (In Russ.)
7. Tikhonov IN, Blazhko VP, Tikhonov GI, Ka-zaryan VA, Krakovsky MB, Tsyba OO. Innovative solutions for efficient reinforcement of reinforced concrete structures. Zhilishchnoe stroitel'stvo = Housing construction. 2018;8:3-10. (In Russ.)
8. Tikhonov IN, Meshkov VZ, Rastorguev BS. Design of concrete structures reinforcement. Moscow: Publishing House of the Central Institute for Typical Design G.K. Ordzhonikidze; 2015. 273 p. (In Russ.)
9. Zvezdov AI, Snimshchikov SV, Khari-tonov VA., Surikov IN. Problems and development paths of modern reinforced concrete. Beton i zhelezobeton. 2015;4(595):2-8. (In Russ.)
10. Kugushin AA, Uzlov IG, Kalmykov VV, Madatyan SA, Ivchenko AV. High Strength Reinforced Steel. Moscow: Metallurgy; 1986. 272 p. (In Russ.)
11. Madatyan SA. Reinforcement of concrete structures. Moscow: Voentekhlit; 2000. 256 p. (In Russ.)
Том 11 № 2 2021 ISSN 2227-2917
12. Madatyan SA. Reinforcement tension technology and bearing capacity of reinforced concrete structures. Moscow: Strojizdat; 1980. 196 p. (In Russ.)
13. Jayaseelan H, Russel BW. Reducing cambers and prestress losses by including fully tensioned top prestressing strands and mild reinforcing steel. Journal of the Pre-cast/Prestressed Concrete Institute (PCI Journal). 2019;64(3):29-46. https://doi.org/10.15554/pcij64.3-05
14. Seguirant SJ, Brice R, Khaleghi B. Making sense of minimum flexural reinforcement requirements for reinforced concrete members. Journal of the Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI Journal). 2010;55(3):64-85. https://doi.org/10.15554/pcij.06012010.64.85
15. Kaurov AI. To the method of experimental study of deformativity of bended reinforced concrete elements with high-strength reinforced steel of At1200 class. Obrazovanie i nauka: sbornik statej nacional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii. 13-17th April 2020, Ulan-Ude. Ulan-Ude, 2020. pp. 38-53. https://doi.org/10.18101/978-5-9793-1496-9-38-52 (In Russ.)
16. Kaurov AI. Effect of preliminary voltage high-strength thermomechanically strength armature steel class At1200 for durability of inclined sections of bended elements. Obrazovanie i nauka: materialy nacional'noj konferencii. 15-23rd April 2019, Ulan-Ude. Ulan-Ude, 2019. pp. 93-104. (In Russ.)
17. Kaurov AI, Ayusheev TV. Normal sections' strength calculation of bending RC elements taking into account the hardening effect of pre-stressing reinforced steel. Vestnik VSGUTU = ESSUTM Bulletin. 2018;2(69);94-100. (In Russ.)
18. Kaurov A.I. The influence of prestressed high-strength reinforced At-1200 (At-VII) steel on the bearing capacity of flexural reinforced members. Vestnik VSGUTU = ESSUTM Bulletin. 2015;4(55):31-37. (In Russ.)
19. Kaurov A.I. High-strength reinforced steel of the At1200 (At-VII) class: properties, features of work in prestressed bendable elements. Beton i zhelezobeton. 2015;4(595):8-13. (In Russ.)
20. Madatyan SA, Kaurov AI. Assessment of strain & thermal hardening effect of reinforced steel At-1200 (At-VII) during prestressing. Vestnik VSGUTU = ESSUTM Bulletin. 2013;5(44):113-119. (In Russ.)
Сведения об авторе
Information about the author
Кауров Анатолий Иванович,
кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 В, Россия,
Ие-таП I: [email protected]
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-5101-5144
Anatoliy I. Kaurov,
Cand. Sci. (Eng.),
Associate Professor of the Department of
Industrial and Civil Engineering,
East Siberia State University
of Technology and Management,
40B Klyuchevskaya St., Ulan-Ude, 670013,
Russia,
He-mail l: [email protected]
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-5101-5144
Заявленный вклад авторов
Contribution of the authors
Кауров А.И. провел исследования, подготовил статью к публикации, владеет авторскими правами на статью и несет ответственность за плагиат.
Kaurov A.I. has conducted the studies, prepared the article for publication, owns the copyright to the article and is responsible for plagiarism.
Конфликт интересов
Conflict of interests
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов относительно публикации данной статьи.
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
ISSN 2227-2917
(print) ISSN 2500-154X (online)
Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate
Том 11 № 2 2021
с. 260-273 Vol. 11 No. 2 2021 pp. 260-273
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
Статья поступила в редакцию 30.03.2021. Одобрена после рецензирования 29.04.2021 . Принята к публикации 03.05.2021.
The author has read and approved the final manuscript.
The article was submitted 30.03.2021. Approved after reviewing 29.04.2021. Accepted for publication 03.05.2021.
Том 11 № 2 2021 ISSN 2227-2917
