Рассматриваются основные предпосылки, цели и задачи исследования нормальных сечений изгибаемых элементов (балок) из армокаутона. Приводится программа экспериментальных исследований.
Предпосылки, цели и задачи исследования нормальных сечений изгибаемых элементов (балок) из армокаутона.
К настоящему времени накоплен определенный экспериментальный материал по исследованию нормальных сечений изгибаемых элементов и конструкций. Данный опыт в значительной мере накоплен для конструкций, выполненных из железобетона, он охватывает практически все основные разновидности элементов, отличающиеся формой поперечного сечения, предварительным напряжением, продольным армированием. Большинство исследований нормальных сечений выполнено на элементах из тяжелого бетона.
Накоплен определенный экспериментальный материал по исследованию нормальных сечений изгибаемых элементов и конструкций, выполненных из полимербетонов. Разработка полимербетонов, обладающих практически универсальной химической стойкостью и в тоже время благоприятными физико-механическими характеристиками, сокращение количества недостатков, присущих их основным видам, является перспективной задачей. Одним из путей решения этого является использование в качестве связующего для бетонов жидких полимеров нетрадиционного вида, в частности жидких каучуков. Разработки конструкционных бетонов на основе жидких каучуков (каутонов) впервые были начаты в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете под руководством проф. Потапова Ю. Б.
Каутон – это высокоэффективный композит на основе олигомера марки ПБН, принадлежащего к классу жидких каучуков [1, 2, 3]. Каутон отверждается при помощи серы в присутствии специально подобранной системы ускорителей и активаторов вулканизации. В качестве мелкодисперсного наполнителя используется зола-унос и другие отходы промышленности. Песок, щебень являются заполнителями. Каутоны (каучуковые бетоны) обладают высокой химической стойкостью, прочностью при сжатии и растяжении, высокой адгезией к различным поверхностям, технологичностью, радиационной стойкостью и т. д. Кроме этого, проведенные ранее исследования доказали эффективность армирования каутонов. Было выявлено, что каутоны имеют высокую адгезию к стали, которая обеспечивает с большой надежностью совместность работы материала и арматуры в изгибаемых элементах, к тому же коэффициенты температурного линейного расширения каутона и стали примерно равны. Однако, создание и применение на основе каутонов армированных конструкций и изделий не возможно без изучения вопросов связанных с работой нормального сечения в изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементах.
В Воронежском Государственном Архитектурно-Строительном Университете на кафедре Железобетонных и каменных конструкций под руководством д.т.н., профессора Потапова Ю. Б. проведен ряд исследований изгибаемых элементов из полимербетона – каутона с одиночным армированием. Подтверждена гипотеза плоских сечений. Проведенные исследования показывают, что с увеличением изгибающего момента сечения остаются плоскими, вплоть до разрушения, при этом поворачиваясь вокруг нейтральной оси. Причем, положение нейтральной оси не зависит от уровня загружения, а изменяется в зависимости от процента армирования, т. е. высота сжатой зоны возрастает с увеличением 
. Расчет таких сечений ведется с учетом растянутой зоны нормального сечения. На основе проведенных исследований можно заключить – работа в нормальном сечении изгибаемых элементов из каутона по своей схеме напоминает работу железобетонных элементов. Это позволяет с учетом особенностей физико-механических свойств каутона использовать основы проектирования железобетонных конструкций при разработке методик расчета каутоновых изгибаемых элементов.
Основной целью изучения работы нормальных сечений изгибаемых элементов из армокаутона является: разработка рекомендаций по расчету и конструированию изгибаемых каутоновых элементов, а также исследование прочности, трещиностойкости и деформативности нормальных сечений изгибаемых элементов, определение их напряженно-деформированного состояния в зоне чистого изгиба.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– получить экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии, прочности, трещиностойкости и деформативности нормальных сечений армированных каутоновых изгибаемых элементов, дать рекомендации по их армированию;
– разработать методы расчета прочности нормальных сечений изгибаемых элементов из каутона;
– разработать методы расчета трещиностойкости нормальных сечений каутоновых изгибаемых элементов;
– дать рекомендации по проектированию, обеспечивающему надежность работы нормальных сечений изгибаемых элементов из каутона;
– сравнить работу нормальных сечений каутоновых и железобетонных изгибаемых элементов;
– определить экономическую эффективность применения предложенных рекомендаций.
Программа экспериментальных исследований.
На первом этапе экспериментальных исследований решено установить особенности работы нормальных сечений изгибаемых каутоновых элементов, получить данные по их прочности, трещиностойкости и деформативности, а затем определить и проанализировать аналогичные характеристики для тяжелого бетона, как аналога, на основе которого разработаны действующие расчетные методики, заложенные в СП 51-101-2003, СНиП 2.03.01-84*.
Для решения поставленных задач предполагается изготовить две серии образцов-балок. Первая серия из армокаутона, вторая – из железобетона. Испытание балок из армокаутона и тяжелого бетона предполагается проводить по одной методике и на одном и том же оборудовании. Образцы обеих серий состоят из элементов размером 60х120х1400 мм, которые будут испытываться на поперечный изгиб двумя симметрично приложенными силами.
В качестве оптимизационных параметров в эксперименте назначены: диаметр и класс рабочей продольной арматуры, оказывающие наибольшее влияние на сопротивление нормальных сечений изгибаемых элементов. Функцией отклика является прочность нормальных сечений.
Границы варьируемых параметров были приняты с учетом анализа литературных источников.
Площадь поперечного сечения продольной арматуры назначается таким образом, чтобы обеспечить разрушение элементов по нормальным сечениям, как по арматуре растянутой зоны, так и по бетону сжатой, другими словами процент армирования постепенно увеличивали от 0,7% до 5,6%.
При исследовании нормальных сечений в изгибаемых армированных элементах из армокаутона предполагается решить следующие задачи:
- оценить влияние диаметра продольной рабочей арматуры, а также класса продольной арматуры на прочность, трещиностойкость и деформативность нормальных сечений;
- провести сравнительный анализ сопротивления нормальных сечений изгибающему моменту балок из армокаутона и железобетона;
- разработать рекомендации по проектированию нормальных сечений изгибаемых элементов из армокаутона.
С целью получения физико-механических характеристик материалов испытываемых балок вместе с ними будут изготавливаться и испытываться контрольные образцы призмы размером 40х40х160 мм и контрольные образцы-восьмерки размером 30х40х400 мм.
На рис. 1 представлена блок-схема экспериментальных исследований прочности и трещиностойкости нормальных сечений изгибаемых элементов. Левая часть схемы соответствует исследованию наклонных сечений элементов из армокаутона, правая – из железобетона. Ниже, в таблице №1, представлен объем проводимых исследований, количество образцов их характеристики.
Рисунок 1. Схема экспериментальных исследований нормальных сечений балок
Таблица №1. Объем исследований
|
№ п.п. |
Шифр балки |
Количество и класс продольной арматуры |
Количество балок |
Количество контрольных образцов на балку |
|
|
призмы 40х40х160 мм |
образцы-восьмерки 30х40х400 мм |
||||
|
Балки из каутона без арматуры |
|||||
|
1 |
БК-0,0 |
- |
3 |
3 |
3 |
|
Балки из каутона с продольной арматурой класса АIII |
|||||
|
2 |
БК-0,7 |
1хÆ8-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
3 |
БК-1,1 |
1хÆ10-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
4 |
БК-1,6 |
1хÆ12-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
5 |
БК-2,2 |
2хÆ10-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
6 |
БК-3,1 |
2хÆ12-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
7 |
БК-4,3 |
2хÆ14-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
8 |
БК-5,6 |
2хÆ16-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
Балки из каутона с продольной арматурой класса АV |
|||||
|
9 |
БК-1,1 |
1хÆ10-АV |
3 |
3 |
3 |
|
10 |
БК-1,6 |
1хÆ12-АV |
3 |
3 |
3 |
|
11 |
БК-2,2 |
2хÆ10-АV |
3 |
3 |
3 |
|
12 |
БК-3,1 |
2хÆ12-АV |
3 |
3 |
3 |
|
13 |
БК-4,3 |
2хÆ14-АV |
3 |
3 |
3 |
|
14 |
БК-5,6 |
2хÆ16-АV |
3 |
3 |
3 |
|
Балки из бетона без арматуры |
|||||
|
15 |
ББ-0,0 |
- |
3 |
3 |
3 |
|
Балки из бетона с продольной арматурой класса АIII |
|||||
|
16 |
ББ-0,7 |
1хÆ8-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
17 |
ББ-1,6 |
1хÆ12-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
18 |
ББ-3,1 |
2хÆ12-АIII |
3 |
3 |
3 |
|
Общее количество балок |
54 |
- |
- |
||
Примечание: цифровая часть шифра балки показывает процент армирования поперечного сечения образца (балки).
Заключение.
Реализация приведенной программы исследований позволит разработать рекомендаций по расчету и конструированию изгибаемых армокаутоновых элементов. Полученные методы расчета и конструирования дадут возможность создавать и использовать в строительной промышленности армированные конструкции и изделия на основе каутонов.
Литература:
1. Потапов Ю.Б., Фиговский О.Л., Чернышов М.Е. Каутоны – коррозионно-стойкий эффективный каучуковый бетон // Промышленность строительных материалов. 1992, выпуск 2, 32 с.
2. Потапов Ю.Б., Чернышов М.Е. Каутоны – высокоэффективные композиты // Строительные материалы. 1993, №2.
3. Эффективные композиционные материалы на основе низкомолекулярного полибутадиенового олигомера смешанной микроструктуры ПБН. Автореферат дис. Борисова Ю.М. канд. техн. наук. Воронеж, 1998, с 4-6.
