CC BY
1UDK. 624. 012. 41: 666. 973. 2. /575/
ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН ИЗ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА В ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
Ризаев Боходир Шамситдинович Наманганский инженерно-строительный институт, профессор,
кандидат технических наук, доцент, baxodir 1952 @ umail.ii/.
Annotatsiya. Ushbu maqola og'ir betondan tayyorlangan nomarkaziy siqilgan temir beton ustunlarining O'/bekistan Respublikasining iqlim sharoitida mustahkamligi va deformatsiyasini nazariy va tajribada o'rganishga bag'ishlangan. O'/bekistan Respublikasining iqlim sharoiti. quruq issiq iqlimli hududga xosdir. Tajriba tadqiqotlarni o'tkazilish uslublari ishlab chiqilgan va quruq issiq iqlimli sharoitda nomarka/iy siqilgan temir beton elementlarining mustahkamlik va deformatsiya tavsiflari o'rganilgan. Olib borilgan tadqiqotlar asosida, quruq issiq iqlim sharoitda, havoning harorati va nisbiy namligi ta'sirida, betonning fizik-mexanik xossalari o'zgarishi aniqlanib. uni hisobga olish kerakligi ko'rsatilgan.
Аннотация. Природные условие Республики Узбекистан отличаются резкой континентальностью. В летных условиях температура воздуха повышается до +40...50 0 С, влажность при этом опускается до минимальных значений. Для исследования характеристик бетона для этих условий, разработаны методики проведения экспериментальных исследований и изучены характер прочностных и деформативных свойств внецентренно- сжатых железобетонных элементов. На основании проведенных исследований установлено: в природных условиях Республики Узбекистан от совместного действия температуры и влажности воздуха изменяются физико-механические и деформативные свойства бетона, которые должны учитываться в расчетах.
Annotation. This article is devoted to the theoretical and experimental study of the strength and deformation characteristics of eccentrically compressed reinforced concrete elements made of heavy concrete in the natural conditions of the Republic of Uzbekistan. The natural conditions of the Republic of Uzbekistan belong to the region of dry. hot climate. Methods for conducting experimental research have been developed and the nature of the strength and deformation properties of eccentrically compressed reinforced concrete elements under dry. hot climate conditions has been studied. Based on the research conducted. it has been established that in conditions of a dry. hot climate. the effect of air temperature and humidity changes the physical. mechanical and deformative properties of concrete. which must be taken into account in the calculations.
Kalit so'zlar. Iqlim sharoitlari. nisbiy namlik. quyosh radiatsiyasi. beton strukturasi. beton deformatsiyasi, yoriqbardoshlik, termopara, haroratli qurib cho'kish deformatsiyasi, yoriqlar hosil bo'lish momenti, ekssentrisitet, siqilgan qirra, ishlash sharoiti koeffitsiyenti. mustahkamlik. u/oq muddatli yuklanish. doimiy rejim. nomarka/iy siqilgan temir beton element. elastik-plastik holat, plastik qurib cho'kish, yoriqlar ochilish kengligi.
Ключевые слова. Климатические условия, относительная влажность, солнечная радиация, структуры бетона, деформация бетона, трещиностойкость, термопара, температурно-усадочные деформации, момент образования трещин, эксцентриситет, сжатый грань, коэффициенты условия работы, прочность, длительная нагружения, постоянный режим. внецентренно-сжатый железобетонный элемент. упруго-пластическое состояние, пластическая усадка, ширина раскрытия трещин.
Key words. Climatic conditions, relative humidity, solar radiation, concrete structures, concrete deformation, crack resistance, thermocouple, temperature-shrinkage deformation, moment of crack formation, eccentricity, compressed face, operating condition coefficients, strength, long-term loading, constant mode, eccentric- compressed reinforced concrete element, elastic-plastic state, plastic shrinkage, crack width.
В Республике Узбекистан намечается интенсивное развитие капитального строительства, в том числе будет увеличено производства и применения сборных железобетонных элементов.
В летний период температура воздуха поднимается до +400 С, при этом относительная влажность может опускаться до 10.. .15 % и ниже. От прямого попадания солнечной радиации поверхность железобетонных и бетонных конструкций нагревается до 70-80° С. При этом появляются значительные деформации усадки бетона, приводящие к образованию и раскрытию трещин на поверхности железобетонных и бетонных конструкций.
Колебания температуры и влажности воздуха в течении суток и сезона года (лето и зима) неблагоприятно влияют на формирование структуры бетона. Быстрое испарение влажности бетона при повышенной температуре и низкой относительной влажности среды приводит к снижению его прочности и модуля упругости. Большой суточный перепад температуры вызывает неравномерное распределение температурных напряжений по сечениям бетона. [3,4]
Проектирование и строительство железобетонных конструкций для сухого жаркого климата без учета деформаций, усилий, вызванных изменением повышенной температуры и пониженной влажности приводит к раннему образованию трещин в бетоне, чрезмерному их раскрытию, а также к большими деформациям железобетонных элементов.
Для повышения долговечности железобетонных элементов эксплуатирующиеся в Республики Узбекистан, следует совершенствовать методы их расчета с учетом конкретныхных условий. [7]
Для достижения этой цели необходимо составить программу исследований и постановки экспериментально теоретических исследований прочности и трещиностойкости внецентренно сжатых железобетонных элементов из тяжелого бетона под воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний условий сухого жаркого климата.
Для изучения работы внецентренно-сжатых железобетонных элементов были изготовлены образцы колонн сечением 16x30 см и высотой 1 м. Колонны изготовлены консолями. Армирование проводилось симметрично, стержены изготовлены из стали класса А - III, диаметр стержня составил 14 мм. Для исключения преждевременного разрушения колонн оголовки армировались тремя рядами арматурных сеток из стали класса А-I диаметром 6 мм.
Размер ячейки сеток принимался 45x45 мм. Дополнительно верхние и нижние грани колонн имели стальные пластины толщиной 17 мм, которые приваривались к рабочим стержням во время изготовления каркасов для фиксации положения арматуры в опалубке при бетонировании на арматурные каркасы крепили специальные пластмассовые шайбы, обеспечивающие защитный слой бетона 25 мм. Для замера деформаций растянутой арматуры к ней приваривались металлические штыри диаметром 12 ... 14 мм на базе 250 мм.
Для замера деформаций бетона в сжатой и растянутой зоне с двух сторон колонны на базе 250 мм по высоте сечения устанавливались штыри диаметром 6мм и высотой 50 ... 60 мм.
Расстояние между двумя штырями меряли переносным индикатором. С целью изучения распределения температуры в бетоне по сечению колонн в условиях сухого жаркого климата в колоннах закладывались хромель-копелевые термопары.
Одновременно изготавливались кубики размером 10x10x10 см и призмы сечением 10x10, высотой 40 см.
Бетонной смесью заполняли метеллическую форму и уплотняли на вибростоле в течение 60 секунд. Избыток смеси срезался, а поверхность заглаживалась мастерком. Образцы изготавливались в июле месяце, когда наблюдались средне-суточные перепады температур воздуха до 20 оС и относительной влажности до 20 % [77,76]
В этот период температура воздуха достигала 36 оС, а относительная влажность снижалась до 17 %. Образцы колонн до 7 суток, хранились в формах под влагоемким материалом. Опытные образцы железобетонной колонны формовались в 3 сериях. После распалубки образцы колонн находились в разных температурно-влажностных условиях. Для замера изменения температуры по сечению железобетонной колонны под воздействием направленной солнечной радиации образцы первой серии были установлены на открытом полигоне. Для определения температурных и усадочных деформаций железобетонных колонн, образцы первой серии находились ненагруженном состоянии на полигоне. Для установления влияния направленной солнечной энергии определённая количество образцов колонн устанавливалась на открытой местности. .Необходимое количество образцов второй серии находились в условиях цеха и были защищены от направленной действии прямой солнечной радиации.
Определенное количество опытных колонн были установлены на полигоне под влиянием солнечной радиации. Образцы колонн 2 ой серии в возрасте 40-50 дней были испытаны кратковременной разрушающей силой с разным эксцентриситетом. Колонны Ш серии были загружены длительно-действующей нагрузкой 0,8 ^жс и 0,5Кр , которые находились на открытом воздухе в течение 1 года, а затем были разрушены кратковременной нагрузкой для того, чтобы определить как влияет прямая солнечная радиация на прочность и трещиностойкость образцов. [75]
Исходя из показаний испытаний с эксентриситетом е= 0,5Y=7,5 см и е= Y=15 см можно сделать следующий вывод:образоание трещин в растянутой зоне способствует интенсивному возрастанию деформаций растянутой арматуры и сжатого бетона По результатам кратковременных испытаний с е= 0,5Y=7,5 см и е= Y=15 см было установлено, что с образованием трещин в растянутой зоне, интенсивность увеличения деформаций растянутой арматуры, а также сжатого бетона возрастает. Температурно-влажностный режим жаркого климата в значительной степени оказывает влияние на относительные деформации растянутой арматуры. Деформации колонн находившихся под влиянием солнечной радиации и под нагрузкой 0,8 ^жс и 0,5Кр были больше на 13.. .40%, чем в колоннах, которые находились в постоянно-температурно-влажностьных условиях.
Высокая температура и относительная влажность среды также оказывает влияние на увеличение деформаций сжатого бетона.
В колоннах находившихся на открытом воздухе, ( при нагрузке 0,5Кр ), незащищенных от прямого направленного действия солнечной энергии, деформации бетона сжатой зоны, были больше на 35.60%, чем деформации бетона испытанных в возрасте 40 дней кратковременной разрущающей нагрузкой.
В условиях сухого и жаркого климата на деформативность растянутой арматуры и сжатого бетона влияет увеличение эксцентриситета приложения нагрузки, чем больше увеличение эксцентриситета, тем больше увеличивается деформация.
В ненагруженных образцах которые находились на открытом воздухе под воздействием солнечной энергии в течение 12 месяцев, образование трещин не наблюдалось.
При испытании этих же колонн кратковременной нагрузкой образование трещин наблюдалось при нагрузке 52,9... 53,6 кн .
Момент образования трещин для образцов находящихся на открыггом воздухе под влиянием солнечной радиации, быт меньше в среднем на 19%, по сравнению для образцов находящихся при постоянном температурно-влажностнык условиях.
В образцах которые в течение 12 месяцев находились под нагрузкой
N=0,8 Ксяс в постоянно температурно-влажностнык условиях и под действием направленной солнечной энергии трещины не образовались. При кратковременном нагружении этих образцов колонн, момент образования трещин быт 55,6 кн, что на 6% меньше, по сравнению ненагруженныши колоннами в возрасте 12 месячного хранения. Сравнивая времени трещинообразования можно отметить, что этот показатель для образцов находящихся под влиянием направленной солнечной энергии на 22% меньше , чем в образцах находящихся в цеху при постоянном температурно-влажностнык условиях. В образцах колонн находящихся под влиянием направленной солнечной энергии , на нагреваемой стороне, под воздействием длительно-действующей нагрузки 0,8 №жс через 56 дней, с наступлением летнык температур появились первые трещины и через 71 дней образовались трещины на образцах ориентированные на действие направленной солнечной радиации сжатой гранью.
Как показытают результаты исследования, факторы жаркого и сухого климата существенно влияют на усилие трещинообразование железобетоннык элементов. Это связано с появлением собственных напряжений в бетоне, которые возникают в результате усадочных деформаций а также, уменьшением прочности бетона на растягивающие напряжения.
В колоннах при расчете напряжений от усадки , учтывается также масштабный фактор. В колоннах на ряду с деформациями усадки, возникают растягивающие напряжения выгзванныге за счет разницы температурной деформации бетона и коэффициента расширения арматуры.
Это явление выгзытает дополнительную деформацию растяжения бетона, и это в свою очередь выгзытает раннего появления трещин. [25]
Теоретический момент образования трещин с учетом климатического воздействия сухого жаркого климата можно определить по формуле:
Где В-ъ^ег " расчетное сопротивление бетона на растяжение при расчете по 2-й группе предельных состояний;
1¥р1 — момент сопротивления приведенного сечения с учетом неупругих деформаций растянутого бетона:
:■'..- коэффициент условия работы бетона на растяжение.
Значения Rht.sc- и Еь для бетона принимались, по опытным данным с учетом коэффициентов и Рь в зависимости от условия хранения и твердения бетона.
В ходе наблюдений за развитием трещин в колоннах, находящихся под нагрузкой 0,8 и 0,5^, установлено, что при нагрузке 0,8 с е= 0,5Y и е= Y идет с течением времени нарастание ширины раскрыпия трещин и через год ширина раскрыгтия соответственно составили 0,15 и 0,17 мм для колонн при воздействии солнечной радиации на растянутую зону 0,14 и 0,15 мм на сжатую зону . Для колонн находящихся при постоянном режиме, ширина раскрыпия трещин составляет 0,13 и 0,14 мм, что на 9% ниже. Это объясняется, видимо более интенсивныш развитием и повышеннык величин деформаций усадки бетона в колоннах, находящихся под воздействием солнечной радиации.
При нагрузке 0,5 N<^1 характер раскрыпия трещин аналогичен с характером раскрыгтия трещин при нагрузке 0,8 N<»0 Максимальная ширина раскрыгтия трещин при е= 0,5Y и е= Y составила 0,22 и 0,22 мм соответственно для колонн, находящихся под воздействием солнечной
радиации на растянутую зону и 0,2 и 0,21 мм на сжатую зону. По сравнению с теоретическими значениями ширина раскрытия трещин будет больше, что подтверждает влияние усадким на трещиностойкость внецентренно-сжатого железобетонного элемента и необходимость учета воздействия сухого жаркого климата при их расчете.
В связи с этим расчет ширины раскрытия трещин железобетонных элементов, находящихся
в условиях сухого жаркого климата, рекомендуется производить по формуле: = 5 0 (3.5 - sp + £csi (2)
"де - принимают равным для внецентренно сжатых елементов 1,0
принимают равным при учете кратковременных нагрузок и
непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок (первая стадия работы) - 1,0; при учете продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок (вторая стадия работы), для конструкций из тяжелых бетонов естественной влажности
Ф1 =1,6-15ц (3)
коэффициент п принимают равным:
при стержневой арматуре периодического профиля - 1,0 и гладкой - 1,3.
Напряжение ёц в стержнях крайнего ряда арматуры для внецентренно сжатых элементов определяют по формуле:
AKh-Z)
' Z (4)
считая z где z расстояние между центрами S и Si.
Коэффициент армирования сечения Iх принимают равным отношению площади
сечения арматуры Б к площади сечения бетона (при рабочей высоте Ь0, но не более 0,02) ; ё - диаметр стержневой арматуры, мм.
Пластическую усадку бетона в начальный период его твердения определяют по таблице 1
таблица1
Влажность воздуха наиболее Значения деформаций пластической усадки
бетона 8§р^0"16при ^red /см/
жаркого <10 >10
месяца
^/о
20 и ниже 350/200 250/150
40 250/150 150/50
60и выше 150/- -
Примечание:
1. Перед чертой приведены значения для незащищенных от солнечной радиации конструкций, после черты - для защищенных.
1. При бетонировании в прохладный влажный период года деформации пластической усадки не учитываются.
2. При бетонировании в теплый период года с 17 часов вечера до 5 часов утра деформации пластической усадки принимают как для конструкций, защищенных от воздействия солнечной радиации.
8с§1 -деформации от усадки бетона
Для установления влияния сухого жаркого климата на прочность колонн, они были испытаны кратковременной нагрузкой в возрасте 40 дней после нахождения в тени и в цеху и под воздействием солнечной радиации и после годового нахождения в условиях сухого жаркого климата. Теоретические разрущающие усилия согласно СНиП 2.03.01-96 определялись по формуле:
Теоретические разрущающие усилия, вычисленные по формуле (5), при опыгтнык значениях с учетом коэффициента условий работы уь7= 0,85 СНиП 2.03.01-96 были выше опыгтнык. При этом значения Ж были завышены, так как опытами было установлено, что коэффициент условий работы бетона на сжатие уь7=0,70.
При учете этого значения в формуле (5) теоретические значения разрушающего усилия имели наилучшее совпадение с опытными.
При определении момента образования трещин в внецентренно-сжатык железобетонных элементах, работающих в условиях сухого жаркого климата необходимо учитывать влияние температуры и низкой влажности среды на прочность бетона при растяжении, модуль упругости и деформации усадки бетона, которые способствуют раннему появлению трещин. При расчетах эту особенность учитывают используя соответствующие коэффициенты условий работы бетона. [6]
Ширина раскрытия трещин в железобетоннык элементах, работающих в условиях сухого жаркого климата зависит от температуры сезона года.
Наибольшее раскрытие трещин наблюдается в летний период. Расчет ширины раскрытия трещин железобетоннык элементов, работающих в условиях сухого жаркого климата рекомендуется определять с учетом дополнительного раскрытия трещин, вызванных усадкой бетона.
Расчет прочности железобетонных внецентренно-сжатых элементов на действие продольной силы рекомендуется проводить с учетом влияния сухого жаркого климата принимая во внимание снижение прочности бетона путем введения бетона коэффициента условий работы бетона уь7.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александровский С. В, Расчет бетоннык и железобетоннык конструкций на температурные и влажностные воздействия (с учетом ползучести). -М.: Стройиздат, 1966. -443 с.
2. Ашрабов А. Б., Назруллаев Ф. Нарастание прочности обычного и керамзитого бетонов в летних условиях Узбекистана. Труды Саз ПИ, новая серия, вып. 2. -1979. - 123 с.
3. Камбаров X. У. Поведение железобетонных конструкций эксплуатируемых в условиях воздействия температур. -Ташкент: ВНИИНТИ, 1992. 199 с. Рукопись деп. в УзНИИНТИ 1707- У392.
4. Камбаров X. У., Милованов А. Ф. Физико-механические свойства бетона, арматуры и железобетона при воздействии температуры.-Ташкент: ВНИИНТИ, 1992. 241 с. Рукопись деп. в УзНИИНТИ, N1715 - У392.
5. Милованов А. Ф. Влияние климатических воздействий ка железобе тонные конструкции. /Совершенствование конструктивных форм методов расчета и проектирование железобетоннык конструкций. -НИИЖБ. Госстроя СССР. 1988. 73-77 с
6. Милованов А. Ф., Камбаров X. У. Расчет железобетоннык конструкций для
условий жаркого климата, - Ташкент: Укитувчи, 1991. 176 с,
7. Низамов Ш. Р. Прочность, жесткость и трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов из аглопоритобетона в условиях сухого жаркого климата, Автореф. дисс. канд. техн. наук., -М, : 1983
8. СНиП 2. 01. 07-85 "Нагрузки и воздействия". Госстрой СССР. -:1996.
9. СНиП 2. 03. 01-96. "Бетонные и железобетонные конструкции. М.: -ЦИТП Госстроя СССР. 1996.
10. Строительные нормы и правила 23 01.-99 "Строительная климотология и геофизика М.:-ЦИТП Госстроя СССР. 1996.
11. Отчет Ташкентского Политехнического института по теме "Определение температур и влажности по толщине внецентренно-сжатых элементов прямоугольного сечения из тяжелого бетона при воздействии солнечной радиации. - Ташкент: 1989,
12. Ризаев Б.Ш., Нуманова С.Э. «Распределение температуры и влажности в бетоне по сечению колонн в условиях сухого жаркого климата» «Инновация в строительстве, энергосберегающие технологии, конструктивная и сейсмическая безопасность зданий и сооружений». Международная научно-техническая конференция .Наманган 7-9 ноябрь, 2019 г.
13. Б.Ш.Ризаев, АТ.Мамадалиев, И.И.Умаров.Деформации усадки бетона в условиях сухого жаркого климата. Экономика и социум 2022 №1(92) С-92.
14. B.Sh.Rizaev, A.T.Mamadaliyev , M.B. Mukhitdinov.Shrinkage déformations of concrete in natural conditions of the republic of Uzbekistan. Universum:// Технические науки: электрон. научн. журн. 2022. № 2(95)
