книги из ГПНТБ / Митрофанов, Е. Н. Армоцемент

Уместно заметить, что в СН366—67 не предусмотрено приме­ нение сеток из высокопрочных сталей, однако не исключается при­ менение арматуры из низкоуглеродистых и легированных сталей; следовательно, вопросы применимости расчетных формул по проч­ ности остаются н для армоцементных конструкций актуальными.

Представляет также интерес оценить расчетное состояние по прочности с позиций физического состояния материала. При ком­ бинированном армировании на этой стадии максимальные дефор­

мальных условиях эксплуатации ат 5^0,1 мм можно предположить, что определяющим расчетом для подбора сечения в отдельных слу­ чаях будет расчет по образованию и раскрытию трещин, т. е. третье предельное состояние, а не первое, и т. д. Очевидно, эти вопросы следует также изучить и дать соответствующие рекомендации для инженерных методоврасчета конструкций.

При расчете конструкций по второму предельному состоянию деформации (перемещения, углы поворота) вычисляют по форму­ лам строительной механики, определяя их жесткость или кривизну в соответствии с рекомендациями СН366—67.

Расчетные формулы позволяют вычислить прогибы конструк­ ций, при эксплуатации которых соответственно допускаются или не допускаются трещины. Параметры жесткости конструкций опре­ деляются также с учетом вида армирования растянутой зоны эле­ мента, а также при необходимости учета длительного воздействия нагрузок.

Таким образом, расчет деформаций (перемещений), представ­ ленный в СН 366—67, как показали опыты, дает вполне удовле­ творительную сходимость с экспериментом. Сохраняя, в целом, методику расчета деформаций конструкций, представляется целе­ сообразным учесть влияние дополнительных факторов на работу дисперсно-армированного армоцемента, таких, как прочность бе­ тона, возраст бетона при загружении, условия хранения конструк­ ции до монтажа и т. д.

Имеющиеся по этому вопросу некоторые данные ЛенЗНИИЭП в порядке предложений внесены в § 5 гл. 2 — «Расчет армоцемент­ ных конструкций по деформациям».

Значительно сложнее оказалась задача вычисления ширины раскрытия трещин в армоцементных конструкциях. Сложность ре­ шения задачи заключается прежде всего в том, что кинетика (про­ цесс) образования и раскрытия трещин во многом зависит от ха­ рактера армирования элемента, прочности бетона, условий его созревания, а также вида напряженного состояния.

В СН 366—67 расчет элементов армоцементных конструкций по образованию и раскрытию трещин производится по методике, ре­ комендуемой для железобетонных конструкций.

52

В расчетные формулы введены соответствующие поправочные коэффициенты, учитывающие особенности работы арматуры армоцементного элемента и влияния растянутого бетона между трещи­ нами на ширину раскрытия трещин.

Однако линейная зависимость ширины раскрытия трещин от ве­

особенно дисперсного армирования в упругопластической стадии. Несложно доказать, что при напряжениях в арматуре, меньших рас­ четных сопротивлений на величину коэффициента перегрузки, ши­

раскрытия трещин.

И далее, если для растянутых элементов методика расчета напряжений в арматуре логически обоснована, то для изгибаемых, внецентренио растянутых элементов рекомендации СН366—67 ос­ таются справедливыми лишь для упругой стадии работы мате­ риала.

Все это свидетельствует о необходимости совершенствования методики расчета армоцементных элементов, особенно дисперсного армирования, по образованию и раскрытию трещин. Очевидно, при уточнении расчетных формул следует учесть нелинейность дефор­ мирования элемента, а также влияние технологических и конструк­ тивных факторов на процесс трещинообразования и раскрытия трещин.

Имеется и другой путь расчета армоцементных конструкций дисперсного армирования. Рассмотрим основные положения пред­ лагаемой методики расчета.

1. К армоцементу дисперсного армирования правомерно приме­ нить принцип «размазывания», т. е. считать армоцемент композит­ ным материалом.

2. Минимальный коэффициент армирования бетона принимается из условия гарантированной обеспеченности работы композита при

Для многих конструкций данной группы статический расчет про­ изводится в предположении упругой работы без учета неупругих деформаций материала. При этом наибольшие напряжения от рас­ четных нагрузок, определяемые по упругой стадии работы, не дол­ жны превышать соответствующих расчетных сопротивлений. Сече­ ния подбираются согласно указаниям норм с учетом, в необходи­ мых случаях, неупругих деформаций. Такова методика расчета конструкций и подбора сечений элементов. Вообще говоря, эта схема расчета применима и для конструкций других типов. Особен-

53

ностью работы конструкций рассматриваемой группы является то, что все они работают в условиях сложного напряженного состояния.

Если не учитывать пластические деформации, то это приводит к некоторым расхождениям между теоретическими и эксперимен­ тальными данными. Какой же путь решения данной проблемы сле­ дует избрать? Лучшим, очевидно, будет метод предельного равнове­ сия, однако для его реализации необходимо знать кинематические схемы разрушений конструкций, полученные методами моделиро­ вания. К сожалению, мы располагаем ограниченными данными по этому вопросу. Имеющиеся предложения относятся в основном к оболочкам двоякой кривизны с различными условиями опирания. Таким образом, остается пока один путь — развитие расчета армоцементных конструкций по упругой стадии с учетом неупругих де­ формаций с последующей разработкой практических методов.

При расчете элементов дисперсного армирования представ­ ляется возможным применить единую методику по всем трем пре­ дельным состояниям, варьируя лишь соответствующими расчет­ ными параметрами материала.

§ 2. РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Как уже указывалось ранее, к армоцементу дисперсного арми­ рования правомерно применить принцип «размазывания», т. е. рас­ сматривать его как композитный материал.

В свете этого представляется возможным рассмотреть некото­ рые принципиальные предложения по теории расчета армоцементных конструкций. Рассматривается среда, состоящая из многоком­ понентного заполнителя, дисперсно-армированного сеткой из высо­ копрочных нитей, обладающих пластическими свойствами, причем

R « R",

Нити в сетках обладают, кроме того, начальными несовершен­ ствами— их очертание отклоняется от образа прямой линии и в общем случае представляет собой пространственную квазиволно­ образную кривую со случайными параметрами кривизны. Предпо­ лагается, что многокомпонентный заполнитель не обладает пласти­ ческими свойствами в той мере, в какой ими обладают армирующие нити, т. е. по сравнению с ними он может считаться хрупким телом.

Рассматривается среда, армирование которой по каждому из направлений (в общем случае предполагается трехмерное армиро­ вание) удовлетворяет требованию

ц , Я Л > Я ( 1 + З с ? ) , где |Хг — коэффициент армирования среды в направлении /';

—коэффициент изменчивости прочности бетона растя­ жению.

54

Указанное выше требование трактуется условием квазинераз­ рывности, а среда, удовлетворяющая этому условию, называется к в а з и н е р а з р ы в н о й.

Рассматриваемая среда уже в начальном состоянии, т. е. до приложения внешней нагрузки, не может рассматриваться вполне сплошной, вполне однородной.

Используя для расчета среднестатические прочностно-деформа- тивные характеристики, мы полагаем, что этот шаг приводит к ав­ томатическому учету начального состояния в статистической форме.

Методика исследования дисперсно-армированной квазинераз­ рывной, несплошной, структурно-неоднородной среды может быть построена на использовании операторов, образованных по прин­ ципу дискретности, и решений механики континуума путем синтеза обеих формализации введением непрерывно перемещаемого конеч­ ного элемента среды.

Достаточно подробно методика расчета армоцементных элемен­ тов в форме систематизированной последовательности алгоритмов представлена в Рекомендациях по расчету армоцементных конст­ рукций (ЛенЗНИИЭП, 1971 г.).

В настоящей главе излагаются основные положения предлагае­ мой методики в виде практических способов расчета элементов.

Из изложенного совершенно очевидно, что при выборе расчет­ ного предельного состояния по несущей способности работу армо­ цемента в конструкциях следует ограничить участком, определяю­ щим переход материала в стадию пластического течения. Обычно такое состояние армоцемента при растяжении наступает при появ­ лении трещин с шириной раскрытия-0,1 мм и более. Необходимость

стью учета влияния остаточных деформаций на прочность и дефор­ мативность конструкции.

В относительном исчислении условный предел текучести армо­ цемента при растяжении обычно определяется величиной

о-т = 0,8о-п р ,

В зависимости от марки бетона и параметров армирования зна­ чения относительных деформаций, характеризующие данное состоя­ ние армоцемента, находятся в достаточно широких пределах, до­ стигая максимума при марке бетона «500» и р, = 3%; остаточные деформации при этом не превышают 30%.

Таким образом, за исходную величину сопротивления армоце­ мента по прочности принимается условный предел текучести мате­ риала, т. е. такой показатель механических свойств, при котором остаточные деформации составляют примерно 30% от полных при расчетных усилиях.

Вторая группа предельных состояний конструкций предопре­ деляет расчет их деформаций при воздействии нормативных

55

нагрузок. Нормируемые прогибы для каждого типа конструкций принимаются с учетом условий эксплуатации дифференцированно, по аналогии с железобетонными конструкциями, в соответствии с п. 4.14 главы СНиП П-В.1—72.

Отсутствие нормативов жесткости для оболочек позволяет нам сделать некоторые рекомендации. Для оболочек двоякой кривизны, сводчатых конструкций и т. д. представляется возможным рекомен­ довать следующие значения предельных прогибов (данные лабора­ тории испытания конструкций ЛеиЗНИИЭП):

Величина относительных прогибов принята по эксплуатацион­ ным данным, результатам натурных испытаний, а также теоретиче­ ского анализа, проведенного при перерасчетах конструкций по де­ формированной схеме. Увеличение внутренних усилий в конструк­ циях при нормируемых величинах прогибов не превышает 10%.

Прогибы и углы поворота конструкций определяются по форму­ лам строительной механики. При этом, если появление трещин в конструкциях маловероятно или при эксплуатации они не допус­ каются, расчет ведется, как для однородного сплошного упругого тела. Если же в элементах конструкций трещины допускаются, то деформации рассчитываются по условно-упругой схеме работы армоцемента с учетом неупругих деформаций.

Расчет по деформациям включает два не зависящих друг от

стадии микротрещинообразования. Обычно эта стадия является оп­ ределяющей для конструкций, к которым предъявляются требова­ ния непроницаемости. К подобным конструкциям относятся на­ порные трубы, амфоры, резервуары, т. е. конструкции, работающие под внутренним давлением жидкостей, что, естественно, предъяв­

в которых трещины при эксплуатации допускаются. Ширина рас­ крытия трещин в каждом отдельном случае принимается в зависи­ мости от типа конструкций и эксплуатационных требований.

Предельно допустимая ширина раскрытия трещины в миллимет­ рах может быть определена по предлагаемой ниже методике и табл. 13, в порядке предложения и дальнейшего обсуждения.

Для конструкций первой категории величина расчетного сопро­ тивления армоцемента по стадии микротрещинообразования умень­ шается на соответствующий коэффициент /г; (табл. 13).

Для конструкций, в которых допускаются трещины при эксплуа­ тации, нормируемые значения ширины раскрытия трещин прини­ маются по табл. 13.

В тех случаях, когда воздействуют несколько предполагаемых условий, ширина раскрытия трещин определяется по формуле

56

щин ( м н к р о т р е щ ш ю о б р а з о в а н и е ) исключается .

где ari и oT V —соответственно ширина раскрытия трещин в зави­ симости от предполагаемых факторов агрессивных воздействий;

ат1 — ширина раскрытия трещин при нормальных усло­ виях эксплуатации.

Значения искомых расчетных сопротивлений армоцемента в за­ висимости от нормируемых значений ширины раскрытия трещин могут быть получены из формулы (II.7).

§ 3. НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРМОЦЕМЕНТА

Нормативные сопротивления песчаного бетона осевому сжатию, сжатию при изгибе, осевому растяжению, растяжению при изгибе приведены в табл. 14. Упругие характеристики представлены в табл. 15.

57

армоцемента на растяжение при расчете по прочности могут быть рассчитаны по формуле, предложенной автором и А. И. Раскиным

58

Значения относительных деформаций могут быть получены по формуле

при проверке прочности m=0,9Q, по образованию и раскрытию тре­ щин т = 0,95;

59

дл я т я ж е л о г о трехкомпонентного бетона

2)для конструкций открытого профиля, работающих на внецентренное сжатие, изгиб при проверке прочности т'=0,90, при проверке жесткости m = 0,90;

то же для предварительно-напряженных конструкций — при про­ верке прочности т = 0,80, при проверке жесткости т = 0,85;

3) для элементов, армированных ткаными сетками с диаметром проволоки 1 и 1,2 мм, при расчете по прочности и раскрытию тре­ щин соответственно /п = 0,95, т = 0,90;

4) для элементов, армированных сварными или наклепанными сетками, при расчете по деформациям т=1,1;

5)при проверке прочности на стадии предварительного обжа­ тия т—1,2;

6)для элементов конструкций, работающих на осевое и внецентренное растяжение при расчете по прочности:

открытого профиля т = 0,95; замкнутого профиля т=1,0.

По мере накопления опыта проектирования и эксплуатации ар­ моцементных конструкций абсолютные значения коэффициентов ус­ ловий работы будут уточняться.

Расчетные сопротивления армоцемента осевому сжатию, сжа­ тию при изгибе принимаются как произведение нормативных сопро­ тивлений бетона (при конструктивном армировании), коэффициен­ тов однородности и условий работы. При расчетном армировании сжатой зоны элемента расчетное сопротивление армоцемента при­ нимается по методике СН 366—67 и данным табл. 14, 17 приме­ нительно к мелкозернистому бетону с максимальной крупностью зерен песка 2 мм.

Для определения расчетных сопротивлений армоцемента при растяжении используется формула (II.1), в которую вводятся со­ ответствующие коэффициенты однородности бетона, арматуры,

60