книги из ГПНТБ / Лысенко Е.Ф. Армоцементные конструкции учеб. пособие

резервуары расходуется в шесть раз меньше металла, а стоимость их в 1,5 раза меньше стальных.

Межрайстройтрестом Молдавской ССР были изготовлены и при­ менены амфоры для вина диаметром 2,4 м, высотой 3,6 м, толщиной стенки 30 мм. Амфоры состоят из двух колец, армированных тремя ткаными сетками, одиннадцатью горизонтальными стержнями диа­ метром 6 мм и восемью вертикальными стержнями того же диамет­ ра. Днище толщиной беж и крышка армированы двумя ткаными сетками и стержневой арматурой. Вес амфоры — 4,175 т, одной секции — 1,5 т и днища — 0,85 т.

Армоцементные трубы были предложены НИИСельстроем. Трубы могут быть любого диаметра, с толщиной стенки 20—30 мм. Армиру­ ются они несколькими ткаными сетками. Стыкование напорных труб производят электросваркой стальных оголовков или раструбами. Изготовление труб может осуществляться: послойно, навивкой на сер­ дечник слоя тканой сетки с нанесением слоя бетона толщиной 3—5 мм или центрифугированием.

Армоцементные лотки для открытых оросительных каналов, изго­ товленные методом гнутья свежеотформованного тонкого листа, раз­ работаны НИИЖБ. Такой лоток, очерченный по кривой давления, глубиной 80 см, длиной 7 м, шириной по' верху 86,6 см и толщиной стенки 20 мм армирован в нижней зоне пятью ткаными сетками и че­ тырьмя стержнями диаметром 4 мм, а в верхней зоне — тремя ткаными сетками и двумя стержнями того же диаметра. По длине лотка через 2,2 м располагаются металлические стяжки.

Еще ряд сооружений в виде армоцементных лотков, труб, облицо­ вочных плит каналов и других конструкций применяются в сельско­ хозяйственном, гидротехническом и гидромелиоративном строитель­ стве.

*Используется армоцемент и в судостроении.

По проекту Нерви были построены: армоцементный понтон грузо­

подъемностью 20 т, рыболовецкое судно и яхта длиной 12,5 м, тол­ щиной обшивки 12 мм. В СССР также построено ряд яхт.

Ставропольским яхт-клубом в 1962 г. построена яхта «Мечта» длиной 12,5 м, шириной 3,5 м и грузоподъемностью 6 т. На ней был совершен поход по Волге от Тольятти до Казани.

ВКиеве построена яхта «Цементал», которая прошла судовые испытания на Днепре и на Черном море. Строительство спортивных судов из армоцемента продолжается.

Фирма «Виндбоутс» строит лоцманские катера из армоцемента. По своим эксплуатационным показателям они не уступают стальным

идеревянным. Стоимость армоцементных катеров на 55—80% меньше, чем стальных, деревянных и стеклопластиковых. В 1964 г. построили корчеподъемный кран грузоподъемностью 10 т. Корпус и надстройка армоцементные. По сравнению с металлическим краном расход стали уменьшен вдвое, а стоимость снижена на 10%.

В1965 г. в ЧССР была построена двухкорпусная армоцементная

баржа грузоподъемностью 1000 т. На ее сооружение израсходовано в три раза меньше металла, чем на аналогичную металлическую.

90

Глава III

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

§ 9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРМОЦЕМЕНТА

Теория сопротивления армоцемента, аналогично железобетону, строится на опытных данных, базируется на законах механики и исхо­ дит из напряженно деформированного состояния конструкции на раз­ личных этапах ее загружения внешней нагрузкой.

Определение армоцемента П. Л. Нерви (при дисперсном армиро­ вании с расходом арматуры 400—500 кг на 1 м3бетона) как материала, качественно отличающегося от железобетона, вызвало большую дис­ куссию.

Прочностные и деформативные свойства армоцемента изучали при испытании его на растяжение, сжатие, изгиб, внецентренное сжа­ тие, срез, кручение и другие силовые воздействия. Из-за отсутствия единой методики испытаний различными исследователями на первых порах были получены противоречивые данные, в основном о растя­ жимости армоцемента. Так, одни утверждали, что трещины в армоцементе появляются при деформациях более 200 • 10~б, что растяжи­ мость армоцемента превосходит растяжимость железобетона в 10— 20 раз. По данным других предельная растяжимость армоцемента равна 80 • 10~5. Г. К. Хайдуков и В. Д. Малявский установили, что трещины в армоцементе появляются при деформациях порядка

Противоречивость данных экспериментов объясняется различием понятия о предельной растяжимости армоцемента. Одни исследова­ тели считали, что при оценке предельной растяжимости армоцемента можно допускать раскрытие трещин до 0,02—0,03 мм, другие — ориентировались на ширину раскрытия трещин 0,005 мм, третьи — на 0,05 мм. При этом надо отметить, что в армоцементе деформации в пределах ширины раскрытия трещин 0,005—0,05 мм резко отли­ чаются.

В. В. Михайловым, Л. Г. Курбатовым было отмечено, что в усло­ виях, с которыми связана деформация, появление микротрещин не означает потери бетоном несущей способности, которая сохраняется при удлинениях £б = (20 -f- 40) 10~5, а возможно и высших.

92

Рис. 59. Эпюры напряжений в сечениях изгибаемых и внецентренно сжатых армоцементных элементов на различных стадиях нагружения:

а — изгиб; 6 — внецентренное сжатие с большим эксцентриситетом; в — внецентренное сжатие с малым эксцентриситетом при частичном рас­ тяжении; г — то же, при сжатии.

По В. Г. Бессонову, Р. Валькусу напряженное состояние в сече­ ниях растянутых и изгибаемых армоцементных элементов, вызван­ ное внешней нагрузкой, можно характеризовать определенными ста­ диями аналогично железобетону. Переход от одной стадии к другой происходит по мере изменения степени участия растянутого бетона в совместной его работе с арматурой.

93

Стадии напряженно-деформированного состояния армоцемента при изгибе (рис. 59, а) и внецентренном сжатии с большими эксцент­ риситетами (рис. 59,6) примерно одинаковы (изгиб — частный случай внецентренного сжатия с большими эксцентриситетами) и могут быть определены так1:

Стадия 1. Характеризуется малыми напряжениями в бетоне и ар­ матуре. У деформаций упругий характер; между напряжениями и де­ формациями линейная зависимость. Эпюры нормальных напряже­ ний в бетоне сжатой и растянутой зон треугольные.

Стадия 2. В бетоне растянутой зоны появляются микротрещины, растягивающие усилия воспринимаются арматурой. Бетон на участ­ ках между трещинами работает на растяжение. Напряжения в бетоне растянутой и сжатой зон и растянутой арматуре увеличиваются. В бетоне появляются пластические деформации. Нарушается линей­ ная зависимость между напряжениями и деформациями. Нейтральная ось перемещается в сторону сжатых волокон.

Стадия 2а — граничное состояние стадии 2. В растянутом бетоне развиваются большие пластические деформации, достигающие пре­ дела прочности бетона на растяжение. Напряжения в арматуре сжа­ той и растянутой зон в сжатом бетоне увеличиваются. Нейтральная ось смещается вверх. Эпюры напряжений в сжатой и растянутой зонах криволинейные, при этом нижняя приближается к форме прямоуголь­ ника. Эта стадия упруго-пластической работы армоцемента.

Стадия 3. Раскрываются трещины в бетоне растянутой зоны и бе­ тон выключается из работы на растяжение. В сжатой зоне напряже­ ния в бетоне близки к R„p. Напряжения в арматуре приближаются к пределу ее текучести. Нейтральная ось резко перемещается вверх. Эпюры напряжений — в сжатой зоне — криволинейная, а в растя­ нутой — близка к прямоугольной. Данная стадия определяет предел несущей способности элемента.

В случае внецентренного сжатия с малыми эксцентриситетами при частично растянутой одной стороне (рис. 59, б) стадия 2 — упруго пластическая — образуется при меньших растягивающих напряже­ ниях или при их полном отсутствии (рис. 59, г) за счет развития пла­ стических деформаций, вызванных сжатием. Изменение очертания эпюр носит тот же характер — от треугольной формы к криволиней­ ной и определяется переходом от упругих деформаций к пластическим. При этом деформации и напряжения сжатых волокон значительно больше, чем при изгибе и внецентренном сжатии с большими эксцентри­ ситетами.

Стадия 3 — разрушение — происходит при сжимающих напряже­ ниях, близких Rnp. Напряжения в растянутой зоне не достигают пре­ дела прочности бетона на растяжение Rp.

При исследовании работы армоцемента установлено, что эпюры напряжений в сечениях армоцементных изгибаемых и внецентренно

1 Б о р о в с к и й Н. В., П о к р а с с Л. И. Армоцементные конструкции. Киев, «Будівельник», 1965.

94

сжатых элементов видоизменяются от треугольной формы к парабо­ лической и в эксплуатационном состоянии (стадии 2 и 2 а) ближе к тре­ угольной. Но, учитывая сложность и трудоемкость расчетов, при эпю­ рах такого вида в определении первого предельного состояния при­ нимают прямоугольную эпюру напряжений.

§ 10. ЗАВИСИМОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ-ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СЖАТИИ, РАСТЯЖЕНИИ, ИЗГИБЕ И ВНЕЦЕНТРЕННОМ СЖАТИИ

1. Зависимость напряжения-деформации при сжатии

Работу армоцемента при сжатии исследовали на дисперсно арми­ рованных кубах размерами 7, 10 и 20 см и призмах 10 х 10 х 40 см. Такая методика не отражает действительных условий сжатия тонко­ стенных армоцементных сечений. Г. С. Родов и В. А. Вознесенский предложили испытывать на сжатие полые цилиндрические образцы

а иногда и ниже ее. Объясняется это искривлением продольных про­ волок тканых сеток в местах контакта их с поперечными проволоками, что вызывает расслоение бетона. При сварных сетках, надо пола­ гать, этот недостаток будет устранен. Зависимость между напряже­ ниями и деформациями — нелинейная (рис. 60).

Наличие дисперсного армирования (р < 0,02) не влияет сущест­ венно на прочность армоцемента на сжатие и она определяется, в ос­ новном, маркой бетона. С уменьшением коэффициента сетчатого арми­ рования деформации повышаются (рис. 61).

95

Увеличение содержания арматуры от р = 0,02 до р = 0,04 влияет на повышение модуля упругости армоцемента (рис. 62). Это наблю­ дается при замене сеток с крупной ячейкой на сетки с мелкой ячейкой.

Исследованиями установлено, что при расчете несущей способ­ ности образцов, армированных сетками, которые направлены парал­ лельно внешнему усилию, арматуру следует учитывать при р не более 0,005—0,01 от сечения бетона. При большем значении коэффициента сетчатого армирования напряжения в арматуре не достигают предель­ ных величин.

снефиксированным положением сеток.

Всвязи со значительной гибкостью проволок сетки прочностные

идеформативные характеристики арматуры при сжатии армоцементных элементов полностью не используются.2

2.Зависимость напряжения-деформации при растяжении

В§ 9 шла речь о растяжимости армоцемента и приводились примеры наблюдаемой якобы повышенной растяжимости армоцемента. Была показана ошибочность представления о чрезмерной растяжимости армоцемента. Поэтому в дальнейшем мы будем подразумевать работу армоцемента на растяжение с момента приложения нагрузки до ста­ дии образования трещин шириной раскрытия не более 0,1 мм.

Зависимость напряжения-деформации при растяжении армоцемента можно охарактеризовать тремя стадиями (рис. 63).

96

П е р ' в а я с т а д и я упругих деформаций е = (10 -f- 20) 10~6 отвечает предельной растяжимости бетона, при сравнительно малых напряжениях порядка ор = ЗО-р-35 кгсісм2. На этом этапе (О — А) модуль упругости армоцемента на растяжение близок к модулю упру­ гости на сжатие. К концу стадии появляются микротрешины шириной раскрытия до 0,005 мм.

X ІО-5. На участке А—Б в бетоне развиваются пластические дефэрмации. Кроме этого, удлинение происходит вследствие раскрытия

в основном вследствие спрямления проволок тканых сеток и деформативности арматуры. Трещины достигают ширины раскрытия до 0,2 мм.

Многочисленными исследованиями установлено, что в армоцементных конструкциях предельная растяжимость мелкозернистого бетона колеблется от 10 • 10~5 до 15 • 10~5.

Упругая зона работы армоцемента ограничивается моментом обра­ зования трещин. Модуль упругости на растяжение до образования трещин равен примерно модулю упругости на сжатие. После появ­ ления трещин величина модуля упругости на растяжение резко сни­ жается .

Сетчатое армирование положительно влияет на работу армоце­ мента при растяжении, если количество арматуры составляет более 1 % или коэффициент сетчатого армирования находится в пределах 0,015 -г- 0,02. Увеличение количества арматуры более 2,5% в рас­ тянутых элементах не целесообразно, из-за ее низких прочностных характеристик. В этом случае следует переходить к комбинированному или предварительно напряженному армированию.

При комбинированном армировании, если количество арматуры менее 1%, деформативность армоцемента при растяжении от железо­ бетона мало изменяется.

армоцемента на этой стадии его работы характеризуются величиной модуля упругости, который в значительной степени зависит от про­ центного содержания и сортамента арматуры (тканых сеток). Напри­ мер: в исследовании автора относительные деформации сжатие-рас­ тяжение при четырех слоях тканой сетки № 10 были равны е = == 13 10~5, а при трех слоях е = 8 • ІО-6 . Аналогично случаю цен­ трального растяжения, при уменьшении отношения aid (а — сторона ячейки сетки, d — диаметр проволоки) модуль упругости армоце­

мента снижается.

Начало второй стадии характеризуется появлением микротрещин в растянутой зоне. Изменяется характер работы армоцемента, ранее

Рис. 65. Графики изменения прогибов опытных балок и ширины раскрытия трещин:

а—образцы, армированные четырьмя ткаными сетками Кв 10, ід. s= 0,0129} б— образцы с тремя ткаными сетками Кв 10, р. =■ 0,0097.

наблюдаемая линейная зависимость между напряжениями и дефор­

в деформациях растянутой и сжатой зон приводит к видоизменению эпюры напряжений. Это происходит из-за того, что с момента прило­ жения и по мере увеличения нагрузки наряду с упругими развиваются пластические деформации. Момент появления первых зафиксиро­ ванных трещин характеризуется переломом кривых на графике проги­ бов (рис. 65) и влияет на жесткость сечения.

Прочность сечений изгибаемых армоцементных элементов зависит от армирования и марки бетона. Разрушение происходит по растяну­ той или сжатой зоне. В первом случае — при низком коэффициенте