CC BY
9Несущая способность составных железобетонных стержней с высокопрочной арматурой
у ы
а
Е
а
ей б Е Е
Зараковская Кристина Игоревна,
аспирант, Балтийский федеральный университет им. И. Канта (БФУ им. И. Канта), kizarakovskaya@gmail.com;
Захаров Владимир Федорович,
доктор технических наук, профессор, Калининградский государственный технический университет(КГТУ)
Экспериментальные исследования, проведенные с целью изучения сопротивления длительному сжатию составных железобетонных стержней с высокопрочной арматурой, приведены в работе в [3]. В ходе данного эксперимента были получены данные, которые доказывают эффективность применения высокопрочной арматуры в сжатых железобетонных элементах составного сечения. В настоящей работе приведено сравнение опытных разрушающих усилий образцов с расчетными, полученными, используя положения СП 63.13330.2012 [7]. Была установлена достаточная степень достоверность полученных в результате эксперимента данных. Однако основной результат этих исследований является тот факт, что несущая способность железобетонных стержней составного сечения средней гибкости с высокопрочной арматурой, подвергавшихся длительному сжатию, оказалась выше несущей способности аналогичных стержней, испытанных кратковременным сжатием, на 10 - 22 %.
Ключевые слова: бетон; железобетон; высокопрочная арматура; длительное сжатие; ползучесть; напряжения; деформации; перераспределение усилий; сжатые колонны; колонны составного сечения; напряженно-деформированное состояние сечений; несущая способность.
Колонны составного сечения с высокопрочной арматурой, сжатые с малыми эксцентриситетами, теряют свою несущую способность при достижении высокопрочной арматурой у наиболее сжатой грани и бетона, работающего совместно с ней, предельных деформаций сжатия. Опытные значения несущей способности '^и^ образцов колонн приведены в таблице 1. Для сравнения с
опытными величинами была определена
расчетная несущая способность опытных образцов колонн составного сечения ^^рэсч: по формуле (1). Соответственно напряжения в высокопрочной арматуре и бетоне определялись на стадии, близкой к разрушению.
Напряжения в к-м стержне высокопрочной арматуры ^зк были определены по известным опытным значениям деформаций арматуры используя экспериментальную диаграмму состояния высокопрочной арматуры А800.
Для того, чтобы определить расчетное значение усилий в бетоне на стадии, близкой к разрушению, были построены эпюры напряжений в «сборном» (ветвь «1») и «монолитном» (ветвь «2») бетонах (рисунок 1 - 5). Приведенные на рисунках 1 - 5 эпюры напряжений в бетоне были построены, используя представление нормального сечения железобетонного элемента как совокупности полос шириной 10 мм. Были приняты следующие положения: деформации бетона были линейно распределены по высоте сечения; напряжения в бетоне в пределах каждой полоски считались постоянным по ширине и высоте (данные положения присутствуют в СП 63.13330.2012 [7]). При этом напряжение в пределах каждой ьй полоски было рассчитано с помощью опытных диаграмм состояния «сборного» (ветвь «1») и «монолитного» (ветвь «2») бетонов, построенных по опытным значениям деформаций на уровне высокопрочной арматуры,
принимая = ^зй .
Эпюры напряжении 6 бетоне аЬ1 Ьетйи "1" (сле&а) и сть2 Вет&и "2" (спраба), МПо Образец КС-I-5
13,74 13,79 13,84 13,89
13 93 13,99 14,33
14 09 14,13 14,18
10,51 10,5'! 10,57 10,60 1С,63 1С,66 10 69 10,72 10,75 10,70
В таблице 1 приведено сравнение опытных и расчетных разрушающих усилий. Отсюда видно, что расхождение между этими значениями находится в пределах 1 - 4%, Такое хорошее соответствие опытных и расчетных величин говорит о достаточной степени надежности полученных экспериментальных данных.
Таблица 1
Рисунок 1 - Эпюры напряжений в бетоне ветвей «1», «2» образца колонн КС-1-5.
Эпюры напряжений 6 бетоне аЬ1 Ьетйи "1" (сле&а) и аЬ2 йетйи "2" (спрайа), МПа Образец КС-1-6
ШШ.
'2,37 7,87 '3,37 13,81 15,18 15,18 14,90 14,55 13,99
N
6,50 7,72 9,22 10,40 10,80 11,20 11,59 11,97 10,72 10,50
Рисунок 2 - Эпюры напряжений в бетоне ветвей «1» и «2» образца колонн КС-1-6.
Зпюры напряжений й бетоне й образце КС-11-9 [сле&а) и & образце КС—II-Ю (спрайа), МПа
—1
си
8
11,50 11.54 11,91 11,95 12,01 12,05 1г. 12 12,16 12.22 12.27
-5
(и
8
а
у/мщ
14,35 14,52 14,69 14.37
15.03 14.95
14.24
13.4 7
13.25 12.88
Образец1 Разрушающие усилия,
опытные расчетные
КС-1-5 412 407,744 0,99
КС-1-6 424 430,82 1,02
КС-11-9 400 407,50 1,02
КС-11-10 424 421,23 0,99
КС-11-13 320 333,59 1,04
КС-11-14 301 303,24 1,01
В работе [8] приведены результаты кратковременных испытаний образцов колонн составного сечения сжатием с малыми эксцентриситетами, размеры и конфигурация которых были аналогичны тем образцам, которые были освещены в данной работе. В таблице 2 приведено сравнение опытных значений несущей способности образцов колонн, относящихся к данной работе, испытанных при длительном сжатии, с несущей способностью соответствующих образцов, испытанных при кратковременном сжатии, приведенные в работе [8].
Рисунок 3 - Эпюры напряжений в бетоне образцов колонн КС-11-9 и КС-11-10.
Эпюры напряжений й бетоне аЬ1 Ьетйи "1 оЬ2 йетйи "2" (спрайа), МПа Образец К С-11-13
(слейа) и
9,16 12,46 15,76 17 06 "5,66 9,25 2,95 1,05 0,47
сЗ а + си Т
а м X
1
1
1
Г
8,31 9,53 10 75 Г,93 13,23 11,01 4.71 1,46 0,56 0,'6
Рисунок 4 - Эпюры напряжений в бетоне ветвей «1» и «2» образца колонн КС-Н-13.
Эпюры напряжений 6 бетоне йетйи "1" (слейа) и ОетОи "2" (спрайа), МПа Образец КС-Н 14
;[ Уш
3,39 8 58 12,00 11,42 5.30 0.80
5,07 6,% 0,05 9,52 7,83 2,51
Рисунок 5 - Эпюры напряжений в бетоне ветвей «1» и «2» образца колонн КС-11-14
Таблица 2
Сравнение опытных разрушающих усилий образцов-близнецов, испытанных при кратковременном и длительном сжатии
Наименование образцов настоящего исследования Наименование образцов из [8] Разрушающие усилия, кН
опытные ^ из [8] ЛГвдм
КС-1-5 КС-1-1 412 363 0,88
КС-1-6 КС-1-2 424 381 0,90
КС-11-9 КС-11-1 400 338 0,85
КС-11-10 КС-11-2 424 363 0,86
КС-11-13 КС-11-7 320 252 0,79
КС-11-14 КС-11-8 301 234 0,78
Из таблицы 2 видно, что несущая способность образцов, сжатых с малыми или случайными эксцентриситетами, при длительном сжатии увеличилась на 10 - 14 % в сравнении с образцами исследования [8], а у внецентренно сжатых образцов - на 21 - 22 %. Таким образом,
Наименование образцов в данной статье несколько отличается от приведенных в предыдущих статьях [2,3]. Введем необходимое соответствие: наименование образца КС-1-5 соответствует наименованию КС-1-1 в статьях [2,3]; КС-1-6 соответствует КС-1-2; КС-11-9 соответствует КС-2-1; КС-11— 10 соответствует КС-2-2; КС-11-13 соответствует КС-2-3; КС-11-14 соответствует КС-2-4.
I I
б
£
I
т П Н
9
7
у
ы tt Е
5
«
tt
6 Е Е
можно сделать очевидный вывод о том, что повышение несущей способности образцов колонн при длительных испытаниях связано с еще большим по сравнению с кратковременным сжатием перераспределением усилий с бетона на высокопрочную арматуру. При этом несущая способность колонн, сжатых с малыми эксцентриситетами, повышается больше (примерно на 10%) по сравнению с условно центрально сжатыми колоннами, что говорит о еще более интенсивном перераспределении усилий на высокопрочную арматуру в этом случае.
Литература
1. Аль Абед Ахмад. Несущая способность железобетонных внецентренно сжатых элементов средней гибкости с высокопрочной продольной арматурой: дисс... канд.техн.наук: 05.23.01 -строительные конструкции, здания и сооружения / Аль Абед Ахмад. - Тверь, 1997. - 167с.
2. Зараковская К.И., Захаров В.Ф. Влияние ползучести бетона на сопротивление длительному сжатию составных железобетонных стержней с высокопрочной арматурой/К. И. Зараков-ская, В.Ф. Захаров // Международная научная конференция «Актуальные проблемы прочности». 14-18 мая 2018 г., Витебск: сб. материалов. - Витебск, 2018.
3. Зараковская К.И., Захаров В.Ф. Опытное исследование длительного сопротивления составных железобетонных стержней с высокопрочной арматурой/ К. И. Зараковская, В.Ф. Захаров // Инновации и инвестиции. - 2018.- № 2.-С.227-231.
4. Захаров В. Ф. Несущая способность сжатых железобетонных стержней. Предельная эксплуатационная нагрузка / В. Ф. Захаров, Т. Р., Баркая, А. В. Каляскин // Сборник научных трудов инженеров строительного факультета / ТГТУ. - Тверь, - 1998. - вып.1. - с.31-33.
5. Захаров В. Ф. Несущая способность и деформации гибких железобетонных стоек при кратковременном нагружении / В. Ф. Захаров, П. Матар. - Тверь: ТвеПИ, - 1994. - 4с. деп. В ВИНИТИ № 502.
6. Захаров В. Ф. Сопротивление железобетонных стержней длительному сжатию: дисс...докт.техн.наук: 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения / Захаров В.Ф. - Тверь, 1995. - 516с.
7. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 М., ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2012г., - 155с.
8. Узунова Л.В. Сопротивление кратковременному сжатию составных железобетонных стержней с высокопрочной арматурой: дисс. ... канд.техн. наук: 05.23.01 - строительные конст-
рукции, здания и сооружения / Л.В.Узунова. -Калининград, 2010. - 144 с.
Load-bearing capasity of combined section reinforced concrete elements with high tensile reinforcement bars
Zarakovskaia K.I., Zakharov V.F.
Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU)
Experimental research, carried out to research the resistance to long-term compression of the combined section reinforced concrete elements with high tensile reinforcement bars, described in [3]. As result of this experiment there have been received data, which approve the efficiency of the application of high tensile reinforcement bars in compressive combined section reinforced concrete elements.
In this study experimental breaking efforts have been compared with calculated breaking efforts, received by using terms of SP 63.13330.2012 [7]. There has been determined sufficient degree of reliability of experimental data. The main result of this research is the fact that the load-bearing capacity of the medium flexible combined section reinforced concrete elements with high tensile reinforcement bars under long-term compression increases the load-bearing capacity of similar elements under short-term compression by 10 - 22 %.
Keywords: concrete, reinforced concrete, high tensile reinforcement bars, long-term compression, creep, tension, deformations, redistribution of efforts, compression columns, combined section columns; tensely deformed condition (TDC) of cross-sections, load-bearing capacity.
References
1. Al Abed Ahmad. Bearing capacity of reinforced concrete eccentrically compressed elements of medium flexibility with high-strength longitudinal reinforcement: diss ... candidate of technical sciences: 05.23.01 - building structures, buildings and structures / Al Abed Ahmad. - Tver, 1997. - 167s.
2. Zarakovskaya K.I., Zakharov V.F. Effect of creep of concrete
on resistance to long-term compression of composite reinforced concrete rods with high-strength reinforcement / K. I. Zarakovskaya, V.F. Zakharov // International Scientific Conference "Actual problems of strength." May 14-18, 2018, Vitebsk: Sat. materials. - Vitebsk, 2018.
3. Zarakovskaya K.I., Zakharov V.F. Experimental study of long-
term resistance of composite reinforced concrete rods with high-strength reinforcement / KI Zarakovskaya, V.F. Zakharov // Innovations and investments. - 2018.- № 2.-С.227-231.
4. Zakharov VF The bearing capacity of compressed reinforced
concrete rods. Maximum operational load / VF Zakharov, TR, Barkaya, AV Kalyaskin // Collection of scientific works of engineers of the building faculty / TSTU. - Tver, - 1998. -Issue 1. - p.31-33.
5. Zakharov VF Bearing capacity and deformation of flexible
reinforced concrete racks under short-term loading / VF Zakharov, P. Matar. - Tver: TvePI, - 1994. - 4s. dep. At VINITI No. 502.
6. Zakharov VF Resistance of reinforced concrete rods to long-
term compression: diss ... dok.techn.nauk: 05.23.01 -building structures, buildings and structures / Zakharov VF. -Tver, 1995. - 516s.
7. SP 63.13330.2012. Concrete and reinforced concrete structures. Basic provisions. Actualized edition SNiP 52-012003 Moscow, State Unitary Enterprise Research Institute of State Construction of Russia, 2012, - 155s.
8. Uzunova L.V. Resistance to short-term compression of composite reinforced concrete rods with high-strength reinforcement: diss. ... Cand. Sciences: 05.23.01 - building structures, buildings and structures / LVUzunova. -Kaliningrad, 2010. - 144 with.
