Міцність та деформативність залізобетонних балок, підсилених під навантаженням нарощуванням арматури

Abstract

The thesis is devoted to the study of strength and deformability of reinforced concrete beams, strengthened by the increase of armature under the loading of different level of intensity as well as the improvement of the calculation methods. he developed method aims at the experimental research of reinforced concrete beams before their strengthening and after their strengthening with the help of the increase of the armature section at the tension zone alongside with the study of influence of the loading level on the characteristics of the stressed-strained state of beams. The results of the experimental research of the reinforced concrete beams and armature packs are given. In the result of the carried out experimental research there have been received the parameters of strength, concrete deformation, armature and bends, as well as their changes both before introducing the armature of strengthening and after the increase of armature under loading. The experimental values of the coefficient of the armature acting have been obtained. The methods of reinforced concrete beams calculation, strengthened by the increase of the armature section under the loading of different levels with the application of the deformation model, have been developed and suggested. To describe the physical and mechanical characteristics of concrete and armature there have been used diagrams σ-ε. The results, obtained at the calculation of the beams strengthening according to the deformation model as well as the application of the précised coefficients of conditions of armature acting according to the method of norms with the satisfactory precision, coincide with the results of the experimental research. The conclusions present the results of the experimental and theoretical research as well as their comparison.Во введении обоснована актуальность, цель и задачи исследования, научная новизна, практическое значение, общая характеристика диссертации. В первой главе проведен анализ существующих отечественных и зарубежных экспериментально-теоретических исследований по усилению железобетонных балок. Существенное внимание посвящено оценке напряженного состояния изгибаемых элементов с дополнительной арматурой. Рассмотрен вопрос влияния предварительной истории нагрузки на прочность и деформации изгибаемых элементов, усиленных дополнительной арматурой в растянутой зоне. Проведена оценка напряженного состояния изгибаемых элементов до установки дополнительного армирования при разных критериях нагрузки. В результате проведенного анализа отмечается, что на сегодняшний день не разработано методики расчета усиленных железобетонных элементов, также отсутствуют целевые экспериментальные исследования изгибаемых элементов усиленных под нагрузкой разных уровней при совместной работе основного и дополнительного армирования. Существующие методы расчета усиления изгибаемых элементов, которые пребывают под нагрузкой не учитывают, или учитывают приблизительно напряженное состояние до усиления, что делает усиление не экономичным, не определяет резерв прочности изгибаемых элементов и их надежности. Поэтому необходимы дополнительные исследования для оценки напряженного состояния изгибаемых элементов, которые усиливаются дополнительной арматурой при действии нагрузки. В связи с этим сформулированы цель и задачи исследований. Во второй главе разработана методика экспериментальных исследований железобетонных балок до усиления и после их усиления наращиванием сечения арматуры в растягиваемой зоне с изучением влияния уровня нагрузки на характеристики напряженно-деформированное состояние балок. В качестве образцов были приняты железобетонные балки длиной 2100 мм, шириной 100 мм, высотой 200 мм. Было изготовлено 16 балок. По виду испытаний все балки поделили на три серии. Первая серия балок – испытана на кратковременную нагрузку без усиления. Втора серия балок – испытана на кратковременную нагрузку с предварительным усилением арматурой через коротыши. Третья серия балок – испытана на кратковременную нагрузку с предварительным усилением арматурой без коротышей непосредственным привариванием к основной арматуре. Разработана методика экспериментальных исследований образцов арматурных пакетов с моделированием работы основной арматуры и арматуры усиления. В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований железобетонных балок и пакетов арматуры. На основе этих результатов были получены параметры прочности, деформаций бетона, арматуры та прогибов, а также их изменения как до введения арматуры усиления, так и после наращивания арматуры при действии нагрузки. Экспериментально установлено, что при усилении железобетонных балок наращиванием арматуры при действии нагрузки физико-механические характеристики арматуры усиления используются не полностью. При этом с увеличением уровня нагрузки, при котором выполнено усиление, эффективность использования арматуры усиления уменьшается, что необходимо учесть при расчетах. Получены экспериментальные значения коэффициентов работы арматуры при расчете усиления за действующими нормами. Установлено, что значения коэффициентов работы арматуры зависит не только от уровня нагрузки при усилении, а и от соотношения площадей сечений основной арматуры и арматурных стержней усиления. В четвертой главе разработана и предложена методика расчета железобетонных балок, усиленных наращиванием сечения арматуры при действии нагрузки разного уровня с использованием деформационной модели. Для описания физико-механических характеристик бетона и арматуры использованы диаграммы σ-ε. Результаты расчета по предложенной методике с использованием деформационной модели, а также с применением уточненных коэффициентов условий работы арматуры по методике СНиП с удовлетворительной точностью совпадают с результатами экспериментальных исследований. В выводах приводятся результаты экспериментальных и теоретических исследований.Розроблена методика експериментальних досліджень залізобетонних балок до підсилення та після їх підсилення нарощуванням січення арматури у розтягнутій зоні з вивченням впливу рівня навантаження на характеристики напружено-деформованого стану балок. Наведені результати експериментальних досліджень залізобетонних балок і пакетів арматури. В результаті виконаних експериментальних досліджень отримано параметри міцності, деформацій бетону, арматури та прогинів, а також їх зміни як до введення арматури підсилення, так і після нарощування арматури при дії навантаження. Одержані експериментальні значення коефіцієнтів роботи арматури. Розроблена і запропонована методика розрахунку залізобетонних балок, підсилених нарощуванням січення арматури при дії навантаження різного рівня з використанням деформаційної моделі. Для опису фізико-механічних характеристик бетону і арматури використані діаграми σ-ε. Результати, отримані при розрахунку підсилення балок за деформаційною моделлю, а також з застосуванням уточнених коефіцієнтів умов роботи арматури по методиці норм з задовільною точністю збігаються з результатами експериментальних досліджень. В висновках наведено результати експериментальних і теоретичних досліджень та їх порівняння.