CC BY
69
Мкртчян Аксель Мгерович
Ростовский государственный строительный университет, кафедра ЖБиКК
Аспирант Mkrtchyan Aksel Mher Rostov State University of Civil Engineering
Graduate student E-Mail: [email protected]
05.23.01 Строительные конструкции, здания и сооружения
Сопротивление железобетонных колонн из высокопрочного бетона
кратковременным нагрузкам
The resistance of reinforced concrete columns of high-strength concrete short-term load
Аннотация: В статье приводятся результаты и анализ выполненного авторам экспериментального исследования высокопрочных бетонов и железобетонных колонн из высокопрочного бетона класса В 87 и В 109. Так, указаны прочностные и деформационные характеристики используемых бетонов, а так же даны результаты по несущей способности конструкции. Сделан анализ и даны выводы по Сопротивление железобетонных колонн из высокопрочного бетона кратковременным нагрузкам
Abstract: The paper presents the results and analysis of the authors' experimental study of high-strength concrete and reinforced concrete columns of high-strength concrete class B 87 and B
109. Thus, these strength and deformation characteristics of concrete used, and also presents the results on the bearing capacity of the structure. The analysis and conclusions are given on resistance of reinforced concrete columns of high-strength concrete short-term load
Ключевые слова: Высокопрочный бетон; деформационные свойства; диаграмма деформирования; результаты экспериментов; гибкие колонные; относительные эксцентриситет.
Keywords: High-strength concrete; deformation properties; stress-strain diagram; the results of experiments; flexible tower; the relative eccentricity.
***
Использование высокопрочного бетона в железобетонных конструкциях, особенно в сжатых железобетонных конструкциях в частности колоннах, в последние годы резко увеличилась. Преимущество данных конструкции в том, что использовав высокопрочный бетон в конструкциях, в отличи от обычного бетона, в сжатых элементах можно сократить размеры поперечного сечения и количество используемой арматуры при одинаковой несущей способности [6]. Но с другой стороны, при одинаковой высоте с уменьшением размеров сечения, увеличивается гибкость конструкции.
Несмотря на выше численные ряд преимущества, железобетонные колонны из высокопрочного бетона используется с осторожностью, так как глубоко не изучены их свойства.
В связи с этим специалистами Ростовского государственного строительного университета была поставлена задача изучить характеристики и свойства высокопрочных
бетонов классов В70...В110, а также особенностей их работы, влияющие на прочность и деформативность железобетонных конструкций. В первой части исследований на центральное сжатие кратковременной нагрузкой были испытаны бетонные кубы с размерами грани 100 мм и 150 мм и призмы размером 100x100x400 мм и 150x150x600 мм.
Для получения и исследования конструктивных свойств высокопрочных бетонов класса до В110 были использованы материалы из РА. В качестве крупного заполнителя применялся базальтовый щебень ереванского месторождения фракции 5-20 мм, мелкий заполнитель - Тандзутский кварцевый песок с модулем крупности 3,1 [3, 7].
Во второй части испытывались железобетонные колонны, в общем, количестве 18 штук. Все испытания кубов и призм сделаны в соответствием с нормативной документацией [4, 5].
Все железобетонные колонны имеют прямоугольные сечения с размерами 120х250 мм и 100х200 мм. План эксперимента преведен в таблице 1.
Таблица 1
План эксперимента колонн
Шифр колонн и мм ь, мм X % Ьа мм е0/и Соответвущий класс бетона
1 2 3 4 5 6 7 8
К-8,33-1,5-0 120 250 8,33 1,5 1000 0
К-16,67-1,5-0 120 250 16,67 1,5 2000 0
К-25-1,5-0 120 250 25,00 1,5 3000 0
К-8,33-1,5-0,2 120 250 8,33 1,5 1000 0,2
К-16,67-1,5-0,2 120 250 16,67 1,5 2000 0,2 В87
К-25-1,5-0,2 120 250 25,00 1,5 3000 0,2
К-8,33-1,5-0,5 120 250 8,33 1,5 1000 0,5
К-16,67-1,5-0,5 120 250 16,67 1,5 2000 0,5
К-25-1,5-0,5 120 250 25 1,5 3000 0,5
КЛ-30-3,4-0 100 200 30 3,4 3000 0
КЛ-30-3,4-0,2 100 200 30 3,4 3000 0,2
КЛ-30-3,4-0,5 100 200 30 3,4 3000 0,5
КЛ-30-2,26-0 100 200 30 2,26 3000 0
КЛ-30-2,26-0,2 100 200 30 2,26 3000 0,2 В 109
КЛ-30-2,26-0,5 100 200 30 2,26 3000 0,5
КЛ-20-2,26-0 100 200 20 2,26 2000 0
КЛ-20-2,26-0,2 100 200 20 2,26 2000 0,2
КЛ-00-2,26-0,5 100 200 20 2,26 2000 0,5
Для более оптимального исследования было использовано два класса бетона В 90 и В
110, экспериментальные характеристики которых приведены в таблице 2. Средняя плотность бетонов колеблется от 2520 до 2650 кг/м3, а коэффициент Пуассона равно у=0.192. Кубы и призмы выдерживались в одинаковых условиях с колонной. Все образцы испытывались в возрасте 30 дней.
Полученный бетон соответствует классу по прочности на сжатие от В87 до В109.
Таблица 2
Экспериментальные характеристики бетона
Класс бетона Я, МПа Яь, МПа Яь/ Я Еь, ГПа еьо-105 д= єьо Еь
В87 82.6 64.2 0,777 39,5 226 0,811
В109 112.5 86.9 0,772 45,7 269 0,681
Для получения дефорамционных свойств бетонов были испытаны бетонные призмы по специальной методике с помощью которого было заполучено диаграмма состояние бетона с нисходящей ветвью.
аь ,МРа
Рис. 1. Экспериментальные диаграммы «оь-8ь» для высокопрочных бетонов
Доказано что наличие низкодвающей ветви диаграммы влияет на расчёт для определения несущей способности конструкции [1].Этот факт даёт возможность сделать более точный анализ по нелинейной расчётной модели.
Длины колонн принимались ранее 1м, 2м, и 3 метра, что соответствует гибкостям 8.33, 16.67, 25 для сечения сечений 120х250 мм и 20,30 для сечения 100х200 мм. При гибкости Х=8 колонны работают как короткие стойки и продольный изгиб для таких колонн незначительно. Колонны гибкостью ^=20 и ^=30, работают уже как гибкие колоны, при этом прогиб на них влияет не сильно. Колоны с такими гибкостями часто встречаются в гражданской и промышленной строительстве.
Относительный эксцентриситет был принят е0^=0, 0,2 и 0,5 , так как в ряде ранее выполненных работа изучены железобетонные колонны только при малых эксцентриситетах. Влияние относительного эксцентриситета на несущую способность стойки особенно важно, если расчёт колонны ведётся по недеформированной схеме [2]. Колонны двух сечений
испытывались при трех относительных эксцентриситетах. Колонны имеют прямоугольные сечения, высота сечения была принята меньше ширины с целью предотвратить возможный выгиб элемента из плоскости. Для армирования образцов в качестве продольной арматуры использовалась арматура класс А500С диаметром 12 мм, в качестве поперечной использовалась арматура А240 диаметром 6мм. Изменение сечения образцов преследовало цель не изменяя диаметр арматуры изменить коэффициент армирование. Так коэффициент армирования изменяется от 1.5 % до 3.4% (рис.2).
300 250 200 150 100 50 0
□ ц=1,5% □ ц=1,5% □ ц=1,5% □ ц=2,26% □ ц=2,26%
□ ц=2,26% □ ц=3,4% □ ц=3,4% ■ ц=3,4%
Рис. 2. График испытуемых колонн в зависимости от коэффициента армирования
Образцы испытывались по традиционной методике. Колонны устанавливались по 1000 тонный пресс, в вертикальном положении. Нагрузка передавалась через специальные опоры, которые обеспечивали шарнирное опирание образцов в плоскости их изгиба. В процессе испытании были измерены и прогибы колонн, что позволяет оценить эластичную работу бетона в колонне.
В результате эксперимента были получены несущая способность колонн, прогиб, деформации сжатой зоне бетона и размеры раскрытия трещины.
Взрывоподобное разрушение образцов доказывает ,что в сжатой соне бетона продольные деформации возрастают быстро как в призмах. Проанализировов относительную несущую способность можно сказать, что и бетон в колонне работает иначе чем в призмах.
Результаты испытании колонн приведены в таблице 3.
L, см
8,33 16,67 20 25 30 30Ah
Таблица 3
Результаты эксперимента
Относительная несущая способность, N
Шифр колонн Несущая способность, N кН Момент M=N(eo+f) ^ мм
ЯьЬк
1 2 3 4 5
^8,33-1,5-0 2190 0,438 0,2 1,137
^16,67-1,5-0 2080 19,552 9,4 1,080
^25-1,5-0 1850 23,68 12,8 0,961
^8,33-1,5-0,2 1500 39,3 2,2 0,779
^16,67-1,5-0,2 1320 53,46 16,5 0,685
^25-1,5-0,2 1050 73,92 46,4 0,545
^8,33-1,5-0,5 610 39,711 5,1 0,317
^16,67-1,5-0,5 500 40,65 21,3 0,260
^25-1,5-0,5 380 43,89 55,5 0,197
КЛ-30-3,4-0 1600 32,16 20,1 0,942
КЛ-30-3,4-0,2 780 53,04 48 0,459
КЛ-30-3,4-0,5 330 35,244 56,8 0,194
КЛ-30-2,26-0 1220 25,62 21 0,718
КЛ-30-2,26-0,2 720 54,216 55,3 0,424
КЛ-30-2,26-0,5 280 28,056 50,2 0,165
КЛ-20-2,26-0 1640 0,82 0,5 0,966
КЛ-20-2,26-0,2 1000 38 18 0,589
КЛ-20-2,26-0,5 380 27,132 21,4 0,224
Из таблицы 3 можно сделать вывод, что с увеличением относительного эксцентриситета резко уменьшается несущая способность колонн. Чем выше класса бетона, тем больше падает величина несущей способности. Можно утверждать, что на несущую способность образцов влияет гибкость и коэффициент армирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аксенов В.Н. , Маилян Д.Р. Работа железобетонных колонн из высокопрочного бетона // Бетон и железобетон.- 2008.-№ 6. - С. 5-8.
2. Аксенов В.Н. К расчету колонн из высокопрочного бетона по деформированной схеме // Научный вестник Воронежского гос. арх.-строит. университета. Строительство и архитектура.- 2009.- №1. - С. 125-132 .
3. Ацагорцян З. А. Природные каменные материалы Армении. М.: Стройиздат, 1967. 470 с.
4. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона [Текст].- Введ. 1982-01-01.-М.: ФГУП «Стандартинформ», 2005. -12 с.
5. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам [Текст].- Введ. 1991-01-01.-М.: ФГУП «Стандартинформ», 2006. -30 с.
6. Маилян Р.Л. Строительные конструкции: учебное пособие / Р.Л. Маилян, Д.Р. Маилян, Ю.А. Веселев. Изд. 4-е. -Ростов н/Д : Феникс, 2010. -875 с.
7. Тер-Петросян П.А. Материаловедение для строителей (руководство) / П.А.Тер-Петросян, А.М. Асирян, Э.А. Мовсисян, Г.В. Ованнисян, Д.Н. Ованнисян, Э.Р. Саакян, В.В. Петросян. Ереван: Наири, 2005. 616 с.
Рецензент: Шеина Светлана Георгиевна, д.т.н. профессор. Проректор РГСУ.
