CC BY
61
УДК 625.014.37
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ СТАЛЕБЕТОННИХ КОЛОН ПРИ Р1ЗНИХ СПОСОБАХ ПЕРЕДАЧ1 НАВАНТАЖЕННЯ
Ю.В. Глазунов, доцент, к.т.н., ХНАДУ
Анотацш. Зроблено аналгз проведених експериментальних дослгджень стале-бетонних колон при ргзних способах поздовжнього навантаження I показана ефективнгсть застосування цих колон замгсть сталевих I залгзобетонних.
Ключовi слова: сталебетон, осьовий стиск, згин, зовншне армування, тензодатчики, бетонне ядро, стальна оболонка, сталебетонний елемент, трщиностшкгсть, контактт сили, оптичнг тензометри.
Вступ
З розвитком виробничих сил в галузi будiвництва виникае необхщшсть упровадження все бшьш ефективних i економiчних конструкцш. Бетон у поеднанш iз стальною арматурою е основним матерiалом для житлово-громадського, промислового, енергетичного, транспортного та альськогосподарського будiвництва.
Вiдомо, що основнi напрямки прогресу в сучасних будiвельних конструкцiях пов'язанi з проблемою економп сталi. Замiна сталевих конструкцш залiзобетонними надае можливiсть економити сталь, але це не завжди пов'язано з економiею грошових коштiв. Тому поряд з пошуками успiшно конкуруючих рiшень в залiзобетонi, стимулюеться розвиток iнших комплексних матерiалiв та конструкцiй, зокрема, сталебетонних.
Аналiз публшацш
У роботах [1-3] зазначено важливють впро-вадження конструкцiй iз зовшшшм армуванням як найбiльш економiчних конструкцш у порiвняннi з традицiйними залзобетонними. Економiчнiсть таких конструкцiй забезпечуеться за рахунок бiльш рацiонального використання матерiалiв.
У науковiй працi [1] вiдмiчено, що армування бетону зовнiшньою оболонкою сприяе шдви-щенню мiцностi такого конструктивного еле-менту, як трубобетон. Досягаються найкращi показники щодо роботи бетону при навантаженш, в результап чого зменшуються усадочнi деформацп i пвдвищуеться опiр бетону дИ агресивного середовища.
У робой [2] наведено дослiдження фiзико-меха-нiчних властивостей матерiалiв, якi знаходяться у складi трубобетонних конструкцiй. Показано
вплив матерiалiв на несучу здатшсть i деформацп трубобетонних елементiв. Визначеш геометричнi характеристики поперечного перерiзу конструкцп iз сталебетону. Показанi теоретичнi ршення для оцiнки напружено-деформованого стану зги-наючих стержнiв з урахуванням об'емного напруженого стану бетонного ядра.
У робот [3] розроблено методику розрахунку сталебетонних елементiв прямокутного поперечного перерiзу на мiцнiсть при осьовому стиску. Показано взаемодш стально! оболонки i бетонного ядра, яке працюе в умовах об'емного напруженого стану з перемшними параметрами деформування. Наведеш чисельнi розрахунки напружено-деформованого i граничного сташв перерiзу сталебетонно! конструкци.
Мета та постановка задачi
Метою дослщження е проведення експери-ментально-теоретичних дослщжень впливу спо-собiв передачi зовшшнього поздовжнього навантаження на несучу здатшсть сталебетонних колон прямокутного перерiзу.
Основна задача, яку необхщно було виршити у проведеному дослiдженнi, зазначена у такому:
- розробка способу розрахунку сталебетонних колон на центральний стиск при передачi поздовжнього навантаження на бетон, на стальну оболонку;
- одержання експериментальних даних про вплив способiв передачi поздовжнього навантаження на характер деформування та зруйнування стале-бетонних колон;
- визначення впливу сил зчеплення мiж бетоном i сталлю на несучу здатшсть сталебетонних колон.
Особливiсть сталебетонних конструкцш
Для сталебетонних конструкц1й характерш так1 переваги перед шшими будiвельними конструкц1ями:
- спрощення технологи виготовлення; скорочення витрат на опалубку та закладш деталi;
- простота складання, ремонту та посилення;
- сполучення функцiй робочо! арматури iз захисним обгородженням вiд механiчного та шшого впливу;
- для виготовлення сталебетонних конструкцш не мае потреби застосування спещальних форм;
- монтаж елеменлв здiйснюегься за такою ж технолопею, як i металевих;
- стальна обойма виконуе роль поздовжньо! та поперечно! арматури;
- бетон за рахунок об'емного напруженого стану сприймае напруження, як1 значно перевищують призмову мiцнiсть, що дозволяе досягти економп сталi та бетону.
Сталебетонш елементи використовуються як стержневий каркас багатоповерхових житлових, громадських, промислових будiвель, при будiвництвi мостiв, шляхопроводiв та транспортних розв'язок. У вах випадках, в порiвняннi iз залiзобетоном пе! ж несучо! здатностi, знижуеться собiвартiсть будiвництва, i на 30-40% зменшуеться витрата металу.
Особливiстю сталебетонних конструкцш вияв-ляеться ефективна сумiсна робота стальних i бетонних елементiв. Вщ стальних конструкцiй 1х вiдрiзняе значно менша витрата металу (економiя досягае 20-40 %), - у порiвняннi iз зал1зобетонними вони мають в 1,5-2,5 рази меншу масу [1].
В сталебетонних колонах наявшсть обойми, яка здшснюе опiр перемiщенню бетону в поперечному напрямку, приводить до збшьшення мiцностi бетону, а наявшсть заповнювача у внутрiшнiй частиш оболонки збiльшуе И стiйкiсть. Бетон i сталь у такому поеднанш створюють найбiльш сприятливi умови для сшльно! роботи [2].
Вiдомостi про експериментальш досл1дження
З метою шдвищення ефективностi та бiльш широкого розповсюдження конструкцш iз зов-
нiшнiм армуванням в практику будiвництва, в данш po6oTÍ розробленi способи розрахунку сталебетонних колон прямокутного перерiзу при рiзних дiяннях зовнiшнього поздовжнього навантаження. В описаних тут експериментах показано дослщження впливу способу прикладення зовнiшнього поздовжнього навантаження на несучу здатшсть сталебетонних колон прямокутного перерiзу та порiвняння з теоретичними результатами.
У зв'язку з цим проведеш експериментальнi дослiдження сталебетонних зразшв на осьовий стиск при передачi навантаження на бетон i сталь одночасно (враховуючи наявнiсть або ввдсутшсть сил зчеплення); на бетон; на стальну обойму в зразку, заповненому бетоном; на одному торцi на бетон, на другому - на сталь; на стальну обойму в зразку без бетонного ядра.
Для експериментальних дослщжень було виго-товлено чотири серй' зразшв, висота яких складала 500 мм. Ввдношення розмiрiв поперечних пере-рiзiв в/а складають: 1,0; 1,3; 1,6; 2,0. Товщина оболонки: 2; 3,1; 3,8; 4,1 мм. Оболонки виго-товлялись з двох стальних лиспв, з^нутих у виглядi швелерiв та зварених по всш довжинi.
Для вищезазначених матерiалiв були проведеш стандартш випробування. Мiцнiсть i деформаци бетону на стиск визначались за результатами випробувань кубiв 100 х 100 х 100 мм i призм. Характеристики деформацш i мщносп при розтягуваннi бетону визначались на зразках 40 х 40 х 80 мм. Деформацй' в бетонних призмах фшсувались поздовжнiми i поперечними тензодатчиками в середньому перерiзi по довжиш кожно! призми.
Характеристики мщносп та деформацiй сталi отриманi в результат випробувань на розтягу-вання штаби з такими розмiрами: 500х40х2; 500х20х2; 500х40х4 (мм), якi були вирiзанi з оболонок сталебетонних колон. Деформаци при цьому визначались тензодатчиками та оптичними тензометрами.
Сталебетонш колони випробувались на пдрамч-ному пресi ПММ-250. Опорнi пристосування забезпечували шарнiрну схему закршлення зразка. Спецiальнi захвати дозволяли випробовувати колони з рiзним поперечним перерiзом. В процесi випробувань вимiрювались поздовжнi i поперечнi деформаци. Для цього в зразках по всьому периметру середнього по довжиш перерiзу наклеювалися тензодатчики в поперечному та поздовжньому напрямках.
Центрування колон в процеа випробування виконували зпдно з показниками тензодатчишв. Колони завантажувалися етапами з витримками
для зняття показнишв вим1рювальних прилад1в. Вщрахування по приладах починали зшмати з початку навантаження.
На д1лянщ в1д початку навантаження 1 до ступеня досягнення значення максимально! сили зчеплення (Рзч) зв'язок м1ж дотичними напруженнями 1 деформащями граничного шару прямолшшний. Процес видавлювання бетонно! призми супроводжувався, як правило, тдвищенням навантаження над граничним, яке характеризуе збшьшення сил зчеплення в 1,2-3 рази.
Зростання навантаження при видавлювант може бути пояснено недосконалютю внутршньо! поверхн оболонки (непрямолшшшстю стшок, р1зними поперечними розм1рами оболонки по довжит 1 тлн.) 1 силами тертя, як1 ввдбуваються в результат! стиснення металево! оболонки бетоном. Цьому стисненню сприяе ущшьнення бетону в1бруванням. Недосконалосл, яш виникають при виготовленш, потребують додаткових зусиль для продавлювання бетонно! призми.
Висновки
На основ1 проведеного анал1зу теоретичних та експериментальних дослвджень можна зробити висновок, що застосування сталебетону ефективно в конструкщях, працюючих на осьовий стиск, а також в елементах, як1 тдлягають згину 1 позацентровому стиску. При цьому, у зр1внянт 1з зал1зобетонними, сталебетонн конструкци мають щдвищену несучу здаттсть, жорстк1сть, трщиноспйкють, а в зр1внянт з металевими - меншу металомюткють .
Результати випробувань стальних оболонок в зразках без бетонного ядра показали, що розрахунки критичних напружень 1 границ несучо! здатност надають збиткову, в пор1внянт з експериментальними результатами, вщносну
помилку, яка не перевишуе 15%. Те, що одержан експериментальним шляхом значення критичних напружень менше теоретичних, можна пояснити наявтстю початкових недосконалостей в реальних стержнях.
Несуча здатшсть оболонок 1з заповнювачем перевишуе несучу здатнють порожшх оболонок в середньому в 1,7 рази. Цей результат тдтверджуе, що заповнювач, який виявляе перешкоду м1сцевш втрап стшкосп, переводить роботу оболонки до схеми чотирьох шартрно-опертих пластин [3].
Пор1вняння теоретичних 1 експериментальних даних показало, що максимальна розб1жнють не перевишуе 9,2 %.
Використання в буд1вництв1 сталебетонних колон прямокутного перер1зу, в основу конструкци яких покладет розроблет способи розрахуншв, дозволяе при бшьших навантаженнях та обме-жених розм1рах поперечних перер1з1в знизити витрату стал1 на 28-35 % в пор1внянш 1з зал1зобетонними колонами.
Л^ература
1. Лукша Л.К. Прочность трубобетона. - Минск:
Высш. шк., 1977. - 95 с.
2. Стороженко Л.И., Плахотный П.И., Черный А.Я.
Расчет трубобетонных конструкций. - К.: Буд1вельник, 1991. - 120 с.
3. Чихладзе Э.Д., Арсланханов А.Д. Расчет ста-
лебетонных элементов прямоугольного сечения на прочность при осевом сжатии // Бетон и железобетон. - 1993. - № 1. - С. 13-15.
Рецензент: В.К. Жданюк, професор, д.т.н., ХНА-
ДУ.
Стаття надшшла до редакцп 16 листопада 2006 р.
