Антаков А.Б. Прочность элементов из легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки (Прочность элементов из легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки)

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ на правах рукописи АНТАКОВ АЛЕКСЕЙ БОРИСОВИЧ УДК. 624. 012 ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЛЕГКИХ И ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ ПРИ МЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ НАГРУЗКИ 05. 23. 01 - Строительные конструкции, здания и сооружения Диссертация на соискание ученои степени кандидата технических наук Научный руководитель- академик МАИ, член-корреспондент РААСН и МПА„ ааслуьтсвтг ж деятель науки и темпио РТ, доктор технических наук, профессор Соколов Б.С. Казань, 1999 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОЧНОСТИ БЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ МЕСТНОЙ НАГРУЗКИ.... 1.1 Решение задачи о действии местной нагрузки методами теории упругости и пластичности.. ..13 1.2.

Критерии сопротивления бетона разрушению .. 1.2.1. Прочностные теории 1.2.2. Деформационные теории . 1.3, Нормативные подходы к определешпо прочности бетона элементов при местном действии нагрузки . 1.4. Обзор теоретических и экспериментальных исследований прочности бетона элементов при местном действии нагрузки .. Основные выводы . Цель и задачи исследований .

2. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ .. 2.1. Плоские элементы 2.1.1. Выбор расчетных схем 2.1.2. Результаты расчетов и их анынз .. .. б1 2.2. Объемные элементы . . 70 2.2.1. Выбор расчетных схем... 2.2.2. Результаты расчетов и их анализ .. Выводы 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЛЕГКИХ И ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ . 1.6. В~пинне вида бетона на сопротивление разрушеншо..... 51 3.1. Керамзитобетонные элементы 3.1.1.

Цель и задачи исследований 3.1.2. Изготовление опьпных образцов... 3.13. Методика проведения испытаний... 3.1.4. Результаты испьгганий и их анализ... 3.2. Пенобетонные элементы . 3.2.1. Цель и задачи исследований 3.2.2. Изготовление опытных образцов .. 3.2.3. Методика проведения испытаний .. 3.2.4. Результаты испьгганий и их анализ.. Выводы 113 .113 .. 11б .. 116 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ .

4.1. Модель разрушения бетона при сжатии .. 4.1.1. Одноосное напряженное состояние. 4.1.2. Двухосное напряженное состояние.. 4.1,3. Трехосное напряженное состояние.. 4.2. Определение основных параметров модели 4.2.1. Одноосное напряженное состояние . 4.2.2. Двухосное напряженное состояние ., 4.2.3.

Трехосное напряженное состояние .. 4.3. Прочность элементов из керамзитобетона .. 4.3.1. Прочность элементов при местном действии нагрузки . 4.3.2. Прочность элементов прн местном действии нагрузки и одноосном боковом обжатии... 4.3.2.

Прочность элементов при местном действии нагрузки и двухосном боковом обжатии.. .130 ...130 .. 130 . 13б ..13б .: 138 .. 141 14б .. 148 4.4. Прочность элементов из пенобетона . 149 4 4.1 Прочность элементов при местном действии нагрузки .. 4.4.2 Прочность элементов при местном действии нагрузки и одноосном боковом обжатин.. 4.4.3 Прочность элементов при местном действии нагрузки и двухосном боковом обжатии... 4.5. Деформационные критерии эксплуатационной пригодности элементов из легких и ячеистых бетонов прн местном действии нагрузки ..

4.6. Сопоставление опытных и теоретических результатов .....151 . 163 Выводы . . 165 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ...... СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . .169 действии нагрузки . 204 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Определение диапазонов варьирования изучаемых факторов методами математической статистики ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Разработка частных методик расчета бетонных элементов при местном действии нагрузки..... ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Рекомендапин по расчету элементов из легких и ячеистых бетонов при местном ВВВДЕНК Выполненная работа представляет собой исследование в области прочности легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки. Местное действие нагрузки характеризуется передачей усилия на ласть сечения элемента.

По данному признаку к местному действию нагрузки относится подавляющее большинство случаев нагружевия. Это узлы опирания плит перекрытия, перемычек, всевозможных балок и ферм на стены и колонны, ростверкн и стаканы фундаментов и т.д. При этом в объемных элементах возникает объемное напряженное состояние (ОНС).

Изучение ОНС проводилось исследователями как в России ( СССР ), так и за рубежом. Существуют основные направления - изучение напряженно- деформированного состояния методами теорий упругости, экспериментальные исследования, разработка моделей. Первое характеризуется использованием существующих программных комплексов для ЭВМ в численных исследованиях напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций. Их обновление, учет физической и геометрической нелинейности, использование персональных ЭВМ с большой разрешающей способностью, высокое сервисное обслуживание делают такие комплексы незаменимыми в проведении исследовательских работ, в т.ч. по рассматриваемой проблеме.

Экспериментальные исследования проводились преимущественно на элементах вз тяжелого батона. Меньше данных по легком и ячеистым бетонам. Результатов исследований легких и ячеистых бетонов при мастном действии нагрузки в сочетании с одно- или двухосным боковым обжатием, либо растяжением для разработки обоснованного подхода к оценке прочности не достаточно, а существующие данные противоречивы. Исследования ячеистых бетонов производились в 50-60е годы, в период их массового внедрения и промышленного производства, Однако использовались они, в основном, как самонесущаи теплоизолирующии материал в конструкциях и элементах исюпочакяцих местное действие нагрузки.

Проблема становится актуальной особенно в настоящее время, т.к. намечается тенденция к более широкому использованию таких видов бетона в строительстве в связи с изменением теплотехнических требований к ограждающим конструкциям зданий. Цель диссертационной работы состоит в изучении особенностей рабогы элементов нз легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки и разработке методики расчета. В связи с этим в предполагаемых исследованиях поставлены задвчн с одной стороны - систематизировать имеклциеся данные и на основе полученных данных выявить круг малоисследованных вопросов.

С другой- изучить напряженно-деформированное состояние и влияние наиболее значимых факторов на прочность элементов из легкого и ячеистого бетонов, провести комплексные экспериментальные исследования, получить необходимые данные для разработки методики расчета. Работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. В первой главе приведены результаты обзора и анализа существующих подходов к решению проблемы.

Выделены особенности рассматриваемых видов бетона. Сформулированы задачи исследований. Во второй главе представлены данные численных исследований с применением современных программных средств, анализ и обобщение результатов с позиций возможного разрушения. В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований элементов из керамзитобетона и пенобетона при местном действии нагрузки. Описан характер трещинообразованиа и разрушения опытных образцов. Четвертая глава посвящена теоретическому исследованию прочности элементов из керамзитобетона и пенобетона при местном действии нагрузки и разработке методики расчета на основе физической модели.

В приложеших представлены результаты оптимизации программы экспериментальных исследований, частные методики расчета бетонных элементов при местном действии нагрузки, рекомендации по расчету элементов нз легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки для внесения в нормы проектирования. Автор защищает: 1. Результаты экспериментальных исследований элементов нз керамзнтобетона при местном действии нагрузки в сочетании с одно- и двухосным боковым обжатием.

2. Результаты экспериментальных исследований элементов из пенобетона прн местном действии нагрузки. 3. Модификации модели для описания выделенных механизмов разрушения и оценки прочности элементов в условиях местногснагруження: - при разрушении бетона под штампами передающими местную нагрузку, в том числе при наличии одно- и двухосного бокового обжатия; - при разрушении элемента по сжато-растянутой полосе между штампами, в том числе прн наличии одно- и двухосного бокового обжатия; 4. Разработанные на основе модели частные методики расчета элементов изкерамзитобетона и пенобетона при местном действии нагрузки. Научная новизна работы состоит".

- в разработке на основе модели разрушения бетона подхода к оценке прочности элементов из легкого и ячеистого бетона при местном действии нагрузки, описывающего разрушение материала под штампом; - в модификации физической модели дпя случаев двухосного и трехосного сжатия; - в определении основных параметров модели ди указанных случаев: высоты зоны раздавливания, угла наклона граней клина, изменения прочностных и геометрических характеристик в зависимости от схемы нагружения; - в разработке деформационных критериев эксплуатационной пригодности элементов из легких и ячеистых бетонов при местном действии нагрузки; - в построении критериев прочности бетона в условия двух- и трехосного напряженного состояния, в том числе при местном действии нагрузки; - в разработке, на основе физической модели, частных методик расчета элементов из легкого и ячеистого бетона для различных случаев местного Практическое значение работы заключается: — в предложении для внесения в нормы проектирования методики расчета учитывающей все возможные случаи нагружения ( одиоосное, ЛВух - и трехосное ) н виды разрушения ( под грузовыми площадками и по сжато- растянутой зоне ) при местном действии нагрузки; — в разработке деформационных критериев эксплуатационной пригодности, позволяющих максимально эффективно использовать прочностные и деформативные свойства изучаемых материалов; в разработке рекомендаций по учету влияния бокового обжатия на прочностные свойства бетона.

Внедрение результатов исследований произведено." -при разработке усиления оголовков колонн открьггой крановой эстакады Казанского силикатного завода; - усилении колонн жилого дома, возводимого фирмой «Унташв в микрорайоне Азино-2 г. Казани„ вЂ” в виде учебно-методической литературы. Объем работы. Диссертация содержит 207 страниц машинописного текста, 84 рисунка, 16 таблиц. Список использованных источников включает 137 наименований. 1.