Зчеплення з бетоном арматури серпоподібного профілю та удосконалення розрахунку її анкерування в згинальних залізобетонних елементах

Abstract

В роботі отримані нові експериментальні дані щодо опору витяганню з бетону арматури серпоподібного профілю та на підставі планованих експериментів вперше побудовані математичні моделі для визначення напружень зчеплення арматури з бетоном залежно від окремих факторів (міцність бетону, діаметр стержнів, довжина анкерування, повторюваність навантажень) та їхньої взаємодії. Доведено, що товщина захисного шару бетону, менша за три діаметра стержнів, суттєво впливає на граничні напруження зчеплення, які можуть зменшуватися до 40%. Встановлений вплив довжини анкерування поздовжніх стержнів на вільних опорах та стержнів, які обриваються в прольотах, на напружено-деформований стан згинальних залізобетонних елементів. Встановлено, що мінімальна довжина анкерування стержнів повинна бути не меншою десяти діаметрів. За меншої довжини анкерування несуча здатність та жорсткість елементів можуть зменшуватися до 20%. За результатами експериментальних досліджень удосконалена методика розрахунку анкерування арматури, яка полягає в безпосередньому використанні запропонованих розрахункових значень граничних напружень зчеплення, уточнені коефіцієнтів, які враховують діаметр арматури та товщину захисного шару бетону. В работе исследовано сопротивление вытягиванию з бетона арматуры серповидного профиля, определено влияние отдельных факторов на напряжения сцепления, предложена усовершенствованная методика расчета анкеровки арматуры, которая гармонизирована з европейскими кодексами. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведена общая характеристика диссертации. В первом разделе отмечено значение сцепления арматуры с бетоном для обеспечения надежности железобетонных конструкцій, приведены особенности стержней серповидного профиля, выполнен обзор экспериментпльно-теоретических исследований сцепления арматуры с бетоном, сделан анализ методик расчета анкеровки арматуры в железобетонных конструкціях. Во втором разделе приведены результаты исследований сопротивления вытягиванию стержней с бетона методом математически планированых экспериментов с использованием плана Бокса-Бенкина. Результаты исследований позволили впервые получить математические модели и с их помощью выполнить детальный анализ влияния перечисленых факторов и их взаимодействия на предельные напряжения сцепления арматуры с бетоном. Третий раздел посвяшен исследованиям влияния толщины защитного слоя на напряжения сцепленя арматуры с бетоном. Варьировались прочность бетона, диаметр стержней, толщина защитного слоя, которая в призменных образцах принималась от с = 0 до с=3d (d – диаметр стержней). Исследования показали, что толщина защитного слоя существенно влияет на предельные напряжения сцепления и характер разрушения окружающего бетона. При защитном слое бетона, равном с = d, действительные предельные напряжения сцепления на 18…23% меньше, чем при защитном слое с=3d. В четвертом разделе исследовано влияние длины анкеровки арматуры на свободных опорах и в пролетах на несущую способность и жесткость изгибаемых железобетонных элементов. Испытано две серии балок (8 и 21 балка), в которых на свободных опорах длина анкеровки продольной арматуры принималась, равной lb=5d и 10d, а стержней, которые обрывались в пролетах в соответствии с эпюрой материалов, - lb= 0; 5d; 7,5d и 10d. Исследования показали: длина анкеровки длина анкеровки на свободных опорах должна быть не менее lb > 10d; для обеспечения полного использования в работе стержней, которые обрываются в пролетах, необходимо заводить их за сечение, где они не требуются по расчету, на длину не менее lb> 10d; в зависимости от длины анкеровки стержней, которые обрывются в пролетах, жесткость элементов может уменьшится до 25%. Пятый раздел посвящен усовершенствованию расчета анкеровки стержней в изгибаемых железобетонных элементах, состоящее в том, что в расчет вводятся непосредственно расчетные значения предельных напряжений сцепления и уточнении коэффициентов, учитывающих диаметр стержней и толщину защитного слоя бетона. We obtain new experimental data on the resistance of concrete reinforcement extracting sickle profile and on the basis of planned experiments first mathematical models to determine the traction stress reinforcement with concrete, depending on individual factors (strength concrete, rods diameter, anchoring length, repetition loads) and their interaction. It is proved that the thickness of the concrete cover is less than three rods diameter substantially affects the maximum adhesion tension which can be reduced to 40%. It was fixed the influence of the length of the longitudinal rods anchoring for free bearings and rods, which are cut off in flight, the stress-strain state of bending concrete elements. It was established that the minimum length of anchoring rods should be at least ten diameters. According to experimental results was improved calculation method of anchoring reinforcement, which consists in immediate use of the proposed tensioncohesionlimit values, revised coefficients that take into account the diameter of the steel reinforcement and the protective layer of concrete.