СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КЛАССА БЕТОНА НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН НЕБОЛЬШОЙ ГИБКОСТИ СО СМЕШАННЫМ АРМИРОВАНИЕМ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Сопоставительный анализ влияния класса бетона на несущую способность железобетонных колонн небольшой гибкости со смешанным армированием

1 12 А.Г. Умаров , Р.Г. Умаров , А.М. Блягоз

1 Донской государственный технический университет 2Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина

Аннотация: В статье рассмотрены вопросы эффективного использования смешанного армирования, в зависимости от класса бетона железобетонных колонн. Представлены результаты численного эксперимента для железобетонных колонн небольшой гибкости со смешанным армированием.

Ключевые слова: бетон, арматура, железобетон, предварительное напряжение, относительный эксцентриситет, смешанное армирование, колонна, несущая способность.

Эффективное использование высокопрочной арматуры в железобетонных конструкциях - важная и актуальная задача сегодняшнего дня. С целью снижения расхода материалов, в особенности стали, необходимо шире использовать в производстве железобетонных конструкций высокопрочные материалы. В последние годы существенно возрос интерес исследователей к железобетонным конструкциям со смешанным армированием [1-3].

Конструкции со смешанным армированием имеют ряд преимуществ. Они обладают большой податливостью и способностью к энергопоглощению, что весьма важно при строительстве в сейсмостойких районах. В конструкциях со смешанным армированием снижаются потери предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона, раньше наступает стабилизация выгиба элемента, и уменьшаются его значения, снижается усилие обжатия, облегчается силовая форма, уменьшаются операции по преднапряжению и передаточная прочность бетона. В конструкциях со смешанным армированием предусматриваются обрывы ненапрягаемой арматуры в соответствии с эпюрой внутренних усилий, что, в конечном счете, позволяет снизить расход стали [4-6].

и

Работа железобетонных колонн под нагрузкой существенно зависит от гибкости, относительного эксцентриситета внешней силы, сочетаний в сечении предварительно растянутой, предварительно сжатой и ненапрягаемой арматуры, класса бетона и других факторов [7-8].

Для определения влияния класса бетона на несущую способность железобетонных колонн был выполнен численный эксперимент - были просчитаны колонны (рис. 1) по разработанной программе расчета (рис. 2).

Расчет производился по недеформированной схеме [9, 10], с помощью программного комплекса «Колонна 2014», разработанной на кафедре Железобетонных и каменных конструкций Ростовского государственного строительного университета Аксеновым В.Н. и Мкртычяном А.М.

В программе численного эксперимента варьировались следующие параметры:

• Класс бетона: B30 и B80.

• Относительный эксцентриситет внешней силы е 0/ И ~ 0; 0,3 и 0,7.

• Предварительное напряжение: - растяжение - озр = 760 МПа

- сжатие - <г3 с = 400 МПа.

Постоянными оставались следующие параметры:

• Длина элементов - 300 см, сечение bxh = 40 x 40 см.

• Армирование: - напрягаемая арматура - 2018, класса А-800.

- ненапрягаемая арматура - 2014, класса А-800.

Рис.1 - Схема армирования элемента

М Инженерный вестник Дона, №5 (2020) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n5y2020/6487

Рис.2 - Программа численного эксперимента Результаты расчета:

Бетон класса В30, длина колонны - 300 см

Таблица №1

eo/h = 0,025

К, кН e0, см e0*n, см £ см

1 3309,73 1,333 1,451 0,118

2 2953,52 1,333 1,433 0,1

3 3569,33 1,333 1,456 0,122

eo/h = 0,325

К, кН e0, см e0*n, см £ см

4 1756,39 13 14,032 1,032

5 1663,6 13 13,903 0,903

6 1892,57 13 14,037 1,037

eo/h = 0,725

К, кН e0, см e0*n, см £ см

7 894,38 29 30,634 1,634

8 902,53 29 30,487 1,487

9 1049,17 29 30,743 1,743

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

1 1

1 1 1 1111

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Рис.3 - Несущая способность колонн класса B30 Бетон класса В80, длина колонны - 300 см

Таблица№2

eo/h = 0,025

К, кН e0, см e0*n, см £ см

1 8477,35 1,333 1,581 0,247

2 8110,83 1,333 1,559 0,226

3 8732,1 1,333 1,58 0,247

e0/h = 0,325

К, кН e0, см e0*n, см £ см

4 3465,69 13 14,643 1,643

5 3627,06 13 14,626 1,626

6 3562,83 13 14,593 1,593

e0/h = 0,725

К, кН e0, см e0*n, см £ см

7 1203,52 29 30,759 1,759

8 1379,32 29 30,869 1,869

9 1431,17 29 30,944 1,944

Рис.4 - Несущая способность колонн класса В80

дг80

1Уи

Отношение ■¡^-характеризующее прирост несущей способности:

Таблица №3

ео/И = 0,025

Ки30, кН Ки80, кН м™

1 3309,73 8477,35 2,56

2 2953,52 8110,83 2,75

3 3569,33 8732,1 2,45

е0/И = 0,325

К30, кН Ки80, кН лС м™

4 1756,39 3465,69 1,97

5 1663,6 3627,06 2,18

6 1892,57 3562,83 1,88

е0/И = 0,725

Ки30, кН Ки80, кН N5° М™

7 894,38 1203,52 1,35

8 902,53 1379,32 1,53

9 1049,17 1431,17 1,36

Рис.5 - Отношение несущей способности колонн класса B80 и B30

При длине колонны 300 см и классе бетона B30 (табл№1, рис. 3), для всех трех вариантов относительного эксцентриситета (e0/h= 0; 0,3; 0,7) наиболее эффективными являются стойки с предварительно сжатой и ненапря-гаемой арматурой.

При длине колонны 300 см и классе бетона B80 (табл№2, рис. 4), видны такие же результаты, кроме относительного эксцентриситета e0/h= 0,3 где самыми эффективными оказались стойки с предварительно растянутой и не-напрягаемой арматурой.

Из отношения (табл. №3, рис. 5)характеризующего прирост несущей способности колонны длиной 300 см, благодаря повышению класса бетона с B30 до B80 видно, что:

• при e0/h= 0 - несущая способность увеличилась в 2,4-2,7 раз.

• при e0/h= 0,3 - несущая способность увеличилась в 1,9-2,2 раз.

• при e0/h = 0,7 - несущая способность увеличилась в 1,3-1,5 раз.

Максимальный прирост несущей способности при всех вариантах относительного эксцентриситета наблюдается в стойках с предварительно растянутой и ненапрягаемой арматурой.

Таким образом, проведенные исследования показали, что применение колонн со смешанным армированием целесообразно. Использование смешанного армирования в железобетонных стойках во всех случаях более эффективно, чем стоек с ненапрягаемой арматурой.

Литература

1. Мекеров Б.А., Маилян Р.Л. Аналитические описания для диаграммы растяжения высокопрочной арматурной стали. Новые виды арматуры и ее сварка. // Доклады Всесоюзного совещания в Волгограде. М. - 19S2. С. 166-171.

2. Бурцева O.A., Косенко Е.Е., Косенко В.В., Нефедов В.В., Черпаков А.В. Моделирование напряженного состояния арматурных стержней, применяемых при производстве преднапряженных железобетонных конструкций // Инженерный вестник Дона, 2011, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2G11/549.

3. Metin Husem, Selim Pul. Investigation of strain models for confined high strength concrete // «Sadhama» Vol. 32, Part 3, June 2GG7, pp. 243-253. -India.

4. Wisena Perceka, Wen-Cheng Liao, Yo-de Wang. High Strength Concrete Columns under Axial Compression Load: Hybrid Confinement Efficiency of High Strength Transverse Reinforcement and Steel Fibers // Materials (Basel). 2G16, Vol. 264 (doi: 1G.339G/ma9G4G264).

5. Маилян Д.Р., Польской П.П., Мерват Х., Кургин К.В. О прочности балок из тяжелого бетона при использовании стальной, углепластиковой и комбинированной арматуры, расположенной в два ряда // Инженер-

ныи

вестник

Дона,

2013,

№4.

URL:

ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2096/.

6. Хишмах М., Маилян Д.Р., ПольскоИ П.П., Блягоз А.М. Прочность и деформативность изгибаемых элементов из тяжелого бетона, армированных стеклопластиковоИ и стальной арматуроИ // Новые технологии. 2012. №4. С. 147-152.

7. Маилян Д.Р., Несветаев Г.В. Зависимость относительной несущей способности колонн от относительного эксцентриситета // Инженерный вестник Дона, 2012, №4-2. URL: ivdon .ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1334/.

8. Мурадян В.А. Расчет оптимальной величины защитного слоя бетона колонн квадратного сечения // Инженерный вестник Дона, 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1846.

9. Сухайль Н.Ж. Гибкие железобетонные стойки с неравномерно предварительно обжатыми сечениями: дис. ... канд. техн. наук Ростов-на-Дону, 1985. 299 с.

10.Макаренко Л.П., Фенко Г.А. О снижении прочности бетона на растяжение после длительного обжатия // Бетон и железобетон. 1970. №7. С. 18-20.

1. Mekerov B.A., Mailyan R.L. Doklady Vsesoyuznogo soveshchaniya v Volgograde. M. 1982. pp. 166-171.

2. Burtseva O.A., Kosenko E.E., Kosenko V.V., Nefedov V.V., Cherpakov A.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2011, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2011/549.

3. Metin Husem, Selim Pul. «Sadhama» Vol. 32, Part 3, June 2007, pp. 243253. India.

References

4. Wisena Perceka, Wen-Cheng Liao, Yo-de Wang. Materials (Basel). 2016, Vol. 264 (doi: 10.3390/ma9040264).

5. Mailyan D.R., Pol'skoy P.P., Mervat KH., Kurgin K.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2096/.

6. Khishmakh M., Mailyan D.R., Pol'skoy P.P., Blyagoz A.M. Novyye tekhnologii. 2012. №4. pp. 147-152.

7. Mailyan D.R., Nesvetayev G.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2012, №4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1334/.

8. Muradyan V.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1846.

9. Sukhayl' N.ZH. Gibkiye zhelezobetonnyye stoyki s neravnomerno predva-ritel'no obzhatymi secheniyami [Flexible reinforced concrete racks with uneven pre-compressed sections]: dis. ... kand. tekhn. nauk Rostov-na-Donu, 1985. 299 p.

10.Makarenko L.P., Fenko G.A. Beton i zhelezobeton. 1970. №7. pp. 18-20.