книги из ГПНТБ / Митрофанов, Е. Н. Армоцемент

бетона проявляется в меньшей степени, чем на упругопластической стадии. Это обстоятельство следует учитывать при расчете, вводя в расчетные формулы ширины раскрытия трещин понижающий коэффициент.

Плоское напряженное состояние

Элементы армоцементиых пространственных конструкций рабо­ тают в условиях плоского напряженного состояния. Однако из-за сложности эксперимента исследования свойств армоцемента в та­ ком состоянии проводились в очень ограниченном объеме. Имею­ щиеся по этому вопросу данные (ЛенЗНИИЭП) свидетельствуют о необходимости учета влияния напряжений, действующих в двух направлениях, на трещинообразование армоцемента.

В лаборатории испытания конструкций ЛенЗНИИЭП были про­ ведены опыты по изучению работы армоцемента при следующих

Исследования работы армоцемента в условиях плоского напря­ женного состояния проводились на армоцементиых тонкостенных

Изготовление элементов проводилось способом вибронамотки,

осуществлялся путем испытаний кубиков 7X7X7 см и призм 4Х Х4Х16 см. Твердение кубиков и призм происходило в той же среде, что и опытных образцов. В образцах были предусмотрены специальные оголовки, которые обеспечивают монолитность соеди­ нения и возможность загружения на прессе ГМС-100. Внутреннее давление создавалось водой посредством насосной станции НСР-400.

Для измерения деформаций использовались датчики сопротив­ ления и индикаторы часового типа. Количество приборов и их рас­ становка должны обеспечить получение полной картины напря­ женно-деформированного состояния элемента как в среднем сече­ нии, так и вблизи оголовков.

Напряженное состояние образцов для всех соотношений глав­ ных напряжений создавалось простым загружением, т. е. одновре­ менно с ростом одного из главных напряжений пропорционально ему увеличивалось и другое главное напряжение. Ступени загру-

41

жения составляли 10—15% от разрушающей нагрузки, выдержка под нагрузкой длилась 5 мин. Для выявления упругой зоны ра­ боты армоцемента, а также момента образования трещин после каждой ступени загружения образец разгружался до нуля.

После появления видимых трещин дальнейшее загружение осу­ ществлялось без разгрузки до разрушения. Образование микротре­ щин с раскрытием до 0,005 мм фиксировалось микроскопом с одно­ временным смачиванием поверхности испытываемого образца аце­ тоном.

Результаты испытаний опытных образцов позволили установить определенные закономерности прочностных и деформативиых свойств армоцемента при различных сочетаниях главных напря­ жений.

Прочность армоцемента в условиях плоского напряженного со­ стояния, так же как и при одноосном растяжении, определяется прочностью арматуры и практически не зависит от соотношений главных напряжений. Микротрещины в армоцементе возникают не­ сколько раньше при разнозначных напряжениях. Пределы образо­ вания микротрещин определяются напряжениями 04 = 25-7-35 кГ1см2. Видимые трещины с шириной раскрытия 0,025—0,030 мм появ­ ляются при меньших значениях напряжений с,- в элементах, нахо­

четного сопротивления растяжению бетона. Степень понижения расчетного сопротивления принимается в зависимости от отноше­ ния главных растягивающих и сжимающих напряжений, получен­ ных при расчете элементов конструкций.

Рекомендации СН 366—67 распространяются лишь на случай •разнозначного напряженного состояния и учитываются при расчете прочности элементов. В известной мере это относится и к расчету деформаций, так как снижение расчетного сопротивления растя­ жению бетона вносит определенные коррективы и в армирование армоцементных конструкций. Что касается учета работы армоце­ мента при равнозначном напряженном состоянии, то в СН 366—67 этот вопрос не рассматривается, очевидно, по причине благоприят­ ной ситуации.

Имеющиеся по данному вопросу экспериментальные данные свидетельствуют, что сопротивляемость армоцемента образованию трещин и их раскрытию происходит по разным законам в зависи­ мости от вида напряженного состояния.

На рис. 4 представлена обобщенная графическая зависимость главных растягивающих напряжений и относительных деформаций при различных соотношениях ах и ау как по абсолютному значе­ нию, так и по знаку.

Обращает на себя внимание тот факт, что в упругой стадии работы равнозначное напряженное состояние вызывает повышение сопротивляемости армоцемента растяжению, а при разнозначном, наоборот,— снижение. При дальнейшей работе наблюдается об­ ратная картина.

42

При разнозначном напряженном состоянии процесс образова­ ния и раскрытия трещин в армоцементных образцах происходит плавно при более высоких напряжениях и показаниях деформативности в сравнении с равнозначным напряженным состоянием и «чистым» растяжением.

Следует отметить, что результаты исследований прочности и деформативности армоцемента при чистом сдвиге, схема которого, как известно, по напряжениям эквивалентна схеме растяжения в одном направлении при одновременном сжатии в перпендикуляр-

ном направлении, представленные в работе [11], показывают, что образование и раскрытие трещин в армоцементе происходит прак­ тически так же, как и в случае осевого растяжения армоцементного элемента аналогичной структуры. Это обстоятельство свиде­ тельствует о необходимости дальнейшего расширения работ в дан­ ной области для более глубокого изучения работы армоцемента при плоском напряженном состоянии с соблюдением единой мето­ дики испытаний.

его можно отнести к несгораемым материалам. Предел же огне­ стойкости армоцементных конструкций и поведение, их.при пожаре

43

еще мало изучены и потому не отражены в противопожарных нор­ мах. Это обстоятельство предопределяет необходимость рассмот­ реть имеющиеся данные об огнестойкости армоцементных кон­ струкций, полученные при испытании натурных элементов в огне­ вых камерах.

Впервые указанный вопрос начали изучать в ЛенЗЫИИЭП (б. Ленфилиале АСиА СССР) еще в 1963 г. Целью испытаний яв­ лялось изучение огнестойкости армоцементного волнистого свода

Опорная часть свода (арки) представляла собой железобетон­ ную балку, являющуюся составной частью огневой камеры. Рас­ пор, возникающий в арке, воспринимался затяжкой, которая, для исключения ее влияния на результаты испытания, была вынесена за пределы камеры и непосредственному воздействию огня не под­ вергалась.

Для получения информации о температуре на поверхности ар­ моцементного элемента, а также на поверхности фибролита были установлены платинородий-платиновые термопары, а на участках с ожидаемой температурой не выше 900° С — хромель-алюминиевые или хромель-копелевые термопары (рис. 5). Для уменьшения по­

туры холодных спаев.

Температурный режим в огневой камере поддерживался в со­ ответствии с режимом, определяемым стандартной кривой «темпе­ ратура — время».

До начала огневых .испытаний армоцементный свод был загру­ жен равномерно распределенной нормативной нагрузкой, величина которой определялась из условия равенства напряжений в своде и реальной конструкции.

Деформированное состояние конструкции фиксировалось прогибомерами ПАО-6, установленными в пяти сечениях по пролету.

44

Предельное состояние конструкции по огнестойкости, в том числе и армоцементной, оценивается ее сопротивляемостью воздей­ ствию огня до момента потери несущей способности и устойчиво­ сти, образования сквозных трещин или достижения на противопо­ ложной от огня поверхности температуры 150° С.

По деформативности предел огнестойкости конструкции харак­ теризует величину необратимого прогиба, равного 0,01 пролета. При воздействии температуры конструкция претерпевает опреде­ ленные изменения, которые сопровождаются дополнительными про­ гибами, возникающими вследствие изменений физико-механических

Можно предположить, что для конструкций балочного типа ос­ новным критерием оценки предела огнестойкости будет являться

ваться от фибролита вследствие сгорания контактного слоя фибро­

свода. Опасной температурой будет та, при которой предел теку­ чести и временное сопротивление арматурной стали будут равны нулю; такой момент может наступить при 600° С и выше.

Освидетельствование конструкции после испытаний показало,

пла— 40—50 мм; обуглившийся слой — 20—30 мм; сохранившийся слой составил всего лишь 10—15 мм.

На основании проведенных испытаний можно сделать следую­ щие в ы в о д ы:

1) армоцементные конструкции с расположенным снизу (в ка­ честве утеплителя) фибролитом толщиной 8 см могут быть реко­ мендованы к применению;

2) за предел огнестойкости конструкции может быть принято время 1 ч 30 мин;

45

3)шамотную штукатурку можно заменить цементной;

4)незначительная величина необратимого прогиба (Vsto) про­ лета свидетельствует о высоких теплоизоляционных свойствах фибролита.

Кроме армоцементиой сводчатой конструкции, в Главленинградстрое проводились испытания фрагмента жилого дома, собранного из четырех блок-комнат (рис. 6). Каждая из них состояла из несу­ щей керамзитобетонной ребристой плиты перекрытия, четырех же­ лезобетонных стоек, расположенных по углам плиты, армоцемент­ иой плиты покрытия и четырех стеновых панелей, три из которых являлись элементами армоцементного блока, а одна — железобе­ тонной трехслойной.

Керамзитобетонная ребристая плита перекрытия изготавлива­

Армоцементные элементы армировались двумя арматурными

ПО мм. К нижней поверхности настила покрытия блок-комнат при­ креплялась сухая штукатурка. Наружная стеновая панель выпол­ нена в трехслойном варианте, средний из которых, фибролитовый, заключен в бетонную оболочку толщиной 20 мм. При сборке блоккомнат образующиеся пустоты между продольными армоцементными стенами толщиной 100 мм с одной стороны заполнялись керамзитобетоном, а с другой были оставлены незаполненными.

Испытания начинались с загружения кирпичом перекрытия нижней средней и верхней блок-комнат нормативной пробной на­ грузкой 9н=150 кГ/м2 и стоек второго этажа фундаментными бло­ ками, уложенными на металлические поддоны.

Пожар осуществлялся в нижней средней блок-комнате. Для обеспечения требуемых условий горения дверь этой комнаты была закрыта и защищена от воздействия огня гипсоволокнистой пли­ той. На слой кирпича блок-комнаты укладывались деревянные бруски размером 80X10X5 см. Для поджога их использовалась древесная стружка, пропитанная керосином. После испытания блок-комнаты охлаждались водой.

Температуры измерялись хромель-алюминиевыми термопарами, подключенными через 10 точечных переключателей к гальвано-

46

метру МС-08. Термопары, измерявшие температуру в объеме поме­ щения, плотно заделывались в конструкции перекрытия.

По огневому воздействию на конструктивные элементы данное испытание эквивалентно стандартному испытанию конструкции на

вы в о д ы :

1)несущие конструкции фрагмента дома после испытаний не потеряли устойчивости;

2)ограждающие конструкции имели значительные поврежде­ ния, однако признаков потери огнестойкости, предусмотренных СНиП II-А. 5—62, отмечено не было.

К сожалению, приведенными примерами исчерпывается опыт исследования огнестойкости армоцементных конструкций. Однако он свидетельствует о том, что армоцементные конструкции, не­ смотря на малую толщину, успешно сопротивляются огневому воз­ действию, не получая повреждений, опасных для дальнейшей экс­ плуатации сооружений, не изменяя цвета и т. д. Рассмотренные примеры позволяют также сделать вывод о необходимости расши­ рения исследований огнестойкости конструкций различного назна­ чения.

§ 7. ВЫВОДЫ И З А Д А Ч И ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АРМОЦЕМЕНТА

В настоящее время физико-механические свойства армоцемента представляются достаточно изученными. Установлено, что при рас­ тяжении армоцемент претерпевает те же стадии работы, что и же­ лезобетон.

Отличительной особенностью армоцемента является значитель­ но большая протяженность (примерно в два-три раза) упругопластической стадии по сравнению с железобетоном.

На деформативность армоцемента влияют характер и интенсив­ ность армирования, прочность бетона, а также условия хранения и возраст загружения конструкции.

Сетчатое армирование бетона решающим образом влияет на де­ формативность-армоцемента. При равной степени армирования де­ формативность растянутого элемента будет увеличиваться с умень­ шением ячеек сеток и диаметра проволоки. При снижении прочно­ сти бетона армоцементного элемента трещин возникает больше, но они имеют меньшую ширину раскрытия. Разнозначное напряжен­ ное состояние способствует повышению деформативности армоце­ мента (в порядке обсуждения).

Стальные тканые сетки с прямоугольными ячейками экономиче­ ски выгодно применять в конструкциях балочного типа или обо­ лочках, где соотношение главных напряжений не менее двух. Сетки из высокопрочной стали или термически необработанной прово­ локи целесообразно применять в предварительно напряженных ар­ моцементных конструкциях.

47

Глава вторая

РАСЧЕТ АРМОЦЕМЕНТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Различие свойств армоцемента комбинированного и дисперсного армирования привело к различным способам расчета армоцемент­ ных конструкций. Методика расчета, разработанная в 1961 г. быв­ шим Ленинградским филиалом АСиА СССР с участием ТНИИЭ и Г, НИИ сельстроя (Москва), Оргэнергостроя (Куйбышев), предпо­ лагает, что армоцемеит является однородным упругим материалом. Заметим, что такой же подход к расчету армоцементных конструк­ ций принят за рубежом. Однако область применения этой методики расчета армоцементных элементов с дисперсным армированием крайне ограничена и, по сути дела, распространялась на конструк­ ции только первой степени трещиностойкости, в чем и заключается ее основной недостаток.

В том же году Н И И Ж Б выпустил под редакцией Г. К. Хайдукова Инструктивные указания по проектированию армоцементных конструкций. Они распространялись на конструкции, выполненные из мелкозернистого бетона, с арматурой из тканых сеток или ком­ бинированным армированием. На дисперсно-армированные кон­ струкции с & р > 2 \/см эти Указания не распространялись. Расчет армоцементных конструкций по несущей способности производился аналогично расчету железобетонных конструкций (работа бетона на растяжение в предельном состоянии не учитывалась).

Расчет деформаций производился на упругой стадии, причем ширина раскрытия трещин определялась по таблицам в зависимо­ сти от величины краевых напряжений.

Принятая методика расчета несущей способности хорошо отра­ жает наступление первого предельного состояния для элементов с комбинированным армированием и хуже — с дисперсным.

На основании дальнейших исследований НИИЖБ, НИИСК и некоторых других организаций рекомендуется рассчитывать дефор­ мации, образование и ширину раскрытия трещин элементов с ком­ бинированным и сетчатым армированием по принципам расчета обычного железобетона.

В 1964 г. ЛенЗНИИЭП (б. Ленфилиал АСиАСССР) разрабо­ тал Инструктивные указания по проектированию армоцементных конструкций, армированных ткаными сетками. Методика расчета элементов базировалась на представлении армоцемента как ква­ зиоднородного нелинейно деформируемого материала.

Особенность данной методики состоит в том, что напряженнодеформированное состояние элемента определяется, как в однород­ ном теле, а предельные состояния — по соответствующим значе­ ниям расчетных сопротивлений армоцемента. В этих Указаниях впервые сделана попытка учесть влияние формы элемента, а также напряженного состояния на динамику трещинообразования. Мето­ дика расчета обеспечивала хорошее совпадение с экспериментом для элементов, работающих на упругой и упругопластической ста­

ванием была предложена НИИСК Госстроя СССР. Однако отсут­ ствие статических данных об испытании армоцементиых образ­ цов на растяжение, сжатие и изгиб не позволило в то время выве­ сти гарантированную зависимость ширины раскрытия трещин от напряжений. Для этого нужно было провести дополнительные целе­ направленные исследования процесса трещинообразования армо­ цемента.

В 1966 г. Н И И Ж Б (под руководством Г. К. Хайдукова) при уча­ стии ЛенЗНИИЭП и СибЗНИИЭП с привлечением материалов других организаций, а также с учетом опыта применения Инструк­ тивных указаний, выпущенных ранее Н И И Ж Б и ЛенЗНИИЭП, были разработаны Указания по проектированию армоцементиых конструкций (СН366—67), являющиеся единственным норматив­ ным документом в этой области.

Дальнейшие экспериментальные исследования, проведенные НИИСК, ЛенЗНИИЭП, СибЗНИИЭП и другими организациями, подтвердили целесообразность сохранения принятой методики рас­ чета конструкции с комбинированным армированием и уточнением ее для конструкций с расчетно-сетчатым армированием. Рассмот­ рим этот вопрос более подробно. Известно, что расчет армоцемент­ иых конструкций производится по трем предельным состояниям, а именно: несущей способности, деформациям (перемещениям), об­ разованию и раскрытию трещин.

Предельное состояние по несущей способности, например, для случая чистого изгиба, характеризуемое прочностью, возникает в момент появления текучести в растянутой арматуре или достиже­ ния предельных значений напряжений в сжатой зоне сечения эле­ мента.

Задаваясь при этом эпюрой сжимающих напряжений в бетоне и пренебрегая сопротивлением его растяжению, можно найти несу­ щую способность элемента из уравнения равновесия. В СН366—67 для изгибаемого элемента принимаются прямоугольные эпюры на­ пряжений для бетона сжатой зоны сечения и растянутой арматуры независимо от прочности бетона и арматуры. При этом за расчет­ ное сопротивление бетона принимается призменная прочность, а для арматуры — ее расчетное сопротивление растяжению.

Следует указать, что применение этого метода возможно, когда текучесть арматурной стали и разрушение бетона наступают одно-

50