Осипов Михаил Владимирович

Осипов Михаил Владимирович. Железобетонные балки с переменным преднапряжением вдоль арматурных стержней. Дис. канд. техн. наук. 05.23.01 Ростов н/Д, 2005 165 с. РГБ ОД, 61:05-5/2565.

Введение диссертации.

Уровень развития капитального строительства во многом определяется научно-техническим и экономическим состоянием железобетонных конструкций, которые еще много десятилетий будут оставаться основой строительства.

Несмотря на значительные успехи в развитии теории и практики железобетонных конструкций, все еще далеко не исчерпаны ресурсы их дальнейшего прогресса. В первую очередь это относится к предварительно напряженным конструкциям, в которых возможно эффективное использование высокопрочных арматурных сталей, что позволяет значительно сократить расход металла, столь необходимого в других отраслях народного хозяйства.

Большинство исследований и технических разработок предварительно напряженных железобетонных конструкций относятся к элементам с предварительно растянутой арматурой, позволяющей значительно повысить уровень трещиностойкости конструкции.

В последние годы появились и вызвали большой интерес железобетонные элементы с предварительно сжатой высокопрочной арматурой. Благодаря предварительному сжатию арматуры, расположенной в сжатой зоне сечения железобетонного элемента, достигается значительное увеличение суммарных сжимающих напряжений в такой арматуре при раздроблении окружающего бетона от внешней нагрузки. Это позволяет рационально использовать высокопрочную сталь для армирования сжатой зоны элемента и сократить ее расход.

Предложены различные способы обеспечения устойчивости арматурных стержней при их предварительном сжатии и способы изготовления таких конструкций.

Естественным продолжением развития предварительно напряженных железобетонных конструкций явилось создание так называемого комбинированного преднапряжения, при котором арматура растянутой зоны сечения элемента подвергается предварительному растяжению с целью повышения трещиностойкости этой зоны, а арматура сжатой зоны — предварительному сжатию для повышения предельных суммарных напряжений.

Комбинированное преднапряжение благодаря повышению предельных напряжений в высокопрочной арматуре растянутой и сжатой зон позволяет не только в наибольшей степени уменьшить расход стали, но и повысить трещиностойкость зоны, растянутой от внешней нагрузки.

При существующих способах изготовления преднапряженных железобетонных конструкций преднапряженная арматура протягивается, как правило, на всю длину элемента, что создает неблагоприятные условия работы концевых участков - появление незакрывающихся трещин на верхней грани балок, а также вдоль предварительно растянутых арматурных стержней, раздробление бетона от местных сосредоточенных усилий на торцах элемента. Кроме того, арматура и преднапряжения, подобранные по максимальным усилиям, на концевых слабонагруженных участках оказываются излишними, что ведет к нерациональному распределению арматуры вдоль элемента.

В настоящем исследовании поставлена задача повысить технико-экономические показатели железобетонных изгибаемых элементов с комбинированным преднапряжением.

Диссертация выполнялась по гранту 2003 - 2004 гт. (тема Т02-12.4- 1354 «Способы изготовления железобетонных конструкций с локальным.

преднапряжением высокопрочной арматуры на отдельных участках») и программе «Архитектура и строительство» на 2003-2004 гг. (тема 211.03.01.357 «Разработка новых эффективных конструктивных решений стропильных и междуэтажных железобетонных балок с комбинированным преднапряжением.

Работа выполнялась на кафедре железобетонных и каменных конструкций Ростовского государственного строительного университета под руководством заслуженного деятеля науки и техники РФ, доктора технических наук, профессора Р.Л. Маиляна.

Целью исследования являлось: разработать новое конструктивное решение и способ изготовления железобетонных балок с переменным комбинированным преднапряжением вдоль арматурных стержней; усовершенствовать методы расчета таких элементов по обеим группам предельных состояний; выполнить экспериментальную проверку предложенных рекомендаций; определить технико-экономические показатели предложенных железобетонных конструкций.

Научная новизна работы.

предложено новое конструктивное решение железобетонных балок с комбинированным преднапряжением, в которых высокопрочная арматура подвергается преднапряжению на ограниченных по длине участках балки, в пределах действия наибольших изгибаемых моментов; разработан способ изготовления таких конструкций.

даны рекомендации по определению напряженно-деформированного состояния балок, имеющих в процессе создания преднапряжений предложенным способом ступенчатый профиль.

разработана методика определения граничной высоты сжатой зоны сечения; ширины раскрытия начальных технологических трещин предложенных конструкций.

разработаны рекомендации по расчету прогибов железобетонных балок с переменным вдоль пролета преднапряжением на эксплуатационные нагрузки; рассмотрены все возможные сочетания факторов, влияющих на эпюры кривизн (наличие трещин, степень преднапряжения, уровень внешней нагрузки.

предложен и обоснован алгоритм расчета по обеим группам предельных состояний железобетонных балок с переменным вдоль балок предварительным сжатием высокопрочной арматуры сжатой зоны и предварительным растяжением арматуры растянутой зоны.

- получены новые экспериментальные данные о несущей способности, деформативности и трещиностойкости железобетонных балок с переменным вдоль пролета комбинированным преднапряжением; установлено влияние на их работу величины и знака контролируемого преднапряжения, расположения технологических вырезов относительно граней элемента.

пересмотрены конструктивные решения типовых стропильных железобетонных балок, разработаны рекомендации по технологии изготовления предложенных балок с локальным предварительным преднапряжением.

- на основе данных перепроектирования типовых железобетонных балок установлены технико-экономические преимущества предложенных конструкций, заключающиеся в снижении расхода высокопрочной арматуры и общего расхода стали, уменьшении денежных затрат на арматуру.

предложенные новые конструктивные решения железобетонных балок с комбинированным преднапряжением.

рекомендации по определению напряженно-деформированного состояния балок, имеющих в процессе создания преднапряжения ступенчатый профиль.

методику определения граничной высоты сжатой зоны сечения и ширины раскрытия начальных технологических трещин предложенных конструкций.

рекомендации по определению прогибов железобетонных балок с переменным вдоль пролета преднапряжением на эксплуатационные нагрузки при любых сочетаниях факторов, влияющих на эпюры кривизн.

алгоритм расчета железобетонных балок с переменным вдоль балок предварительным сжатием высокопрочной арматуры сжатой зоны и предварительным растяжением арматуры растянутой зоны по обеим группам предельных состояний.

новые экспериментальные данные о несущей способности, деформативности и трещиностойкости железобетонных балок с переменным вдоль пролета комбинированным преднапряжением с различными величиной и знаком контролируемого преднапряжения и расположением технологических вырезов относительно граней элемента.

- конструктивные решения типовых стропильных железобетонных балок и рекомендации по технологии изготовления предложенных балок с локальным предварительным напряжением.

данные перепроектирования типовых железобетонных балок, установленные технико-экономические преимущества предложенных конструкций.

Достоверность разработанных рекомендаций и предложенных методов расчета подтверждается статистической обработкой опытных данных автора, а также результатами численных экспериментов с расширенными границами варьирования изучаемых факторов.

Практическое значение и внедрение результатов работы.

Разработаны и изданы «Рекомендации по расчету и проектированию железобетонных конструкций с комбинированным преднапряжением», которые переданы в проектные и научно-исследовательские организации (ОАО ПСП «СевкавНИПИагропром», ОАО «Ростовский ПромстройНИИпроект», ОАО «Ростоблжилпроект», ОАО «ОЗОН» для использования в практической работе). Применение предложенных рекомендаций позволит проектировать железобетонные изгибаемые элементы более экономично и надежно.

Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете и Ростовской государственной академии архитектуры и искусства — они включены в программу общего и специального курсов железобетонных конструкций для студентов строительных специальностей.

Апробация работы и публикации: Основные положения диссертационной работы опубликованы в 15 научных статьях. Материалы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета, Северо-Кавказского научно-исследовательского и проектного института «СевкавИИПИагропром» в 2000-2005 гг. на второй Международной научно-практической конференции «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии.