3355

11

Согласно экспериментальным данным о влиянии влажности на деформативность гипсоопилкобетона (в диапазоне изменения влажности от 0 до 33%) получено выражение для определения значений начального модуля деформа-

изучить закономерности их развития в зависимости от величины напряжения

σ(τ) и влажности материала ω (%). Анализ процессов деформирования во времени показывает следующее. При влажности материала 1,3·· .8,0% происходит

непрерывное снижение скорости деформаций ползучести, т. е. имеет место за-

где С(τ)-мера ползучести материала, которая аппроксимируется экспоненциальной зависимостью теории упругой наследственности с использованием значения предельной меры ползучести С(оо):

Влияние влажности материала на величину меры ползучести гипсоопилкобетона учитывается функцией влажности

(10)

(11)

Все параметры формул (9)...(11) подбирались по экспериментальным данным.

Для количественной оценки роста деформаций гипсоопилкобетона во времени с учетом влажности материала воспользуемся коэффициентом длительной деформативности

который после выполнения соответствующих преобразований и вычислений может быть представлен в виде:

Коэффициент m(τ,ω) используется при определении длительного модуля деформаций материала

Во влагонасыщенном состоянии даже при напряжениях, не превышающих 30% от призменной прочности, кривая ползучести гипсоопилкобетона переходит в течение и через некоторое время в ползучесть с возрастающей скоростью. Данные натурных обследований зданий А.В. Ферронской свидетельствуют о том, что стадия неограниченной ползучести проявляется у стен зданий с влажностью опилкобетона на неводостойких гипсовых вяжущих, равной 15...20%. По нашему мнению, максимальная влажность гипсоопилкобетона в конструкциях зданий, когда ползучесть не переходит в течение, не должна превышать 8... 10%.

Пятая глава посвящена нормированию расчётных характеристик гипсоопилкобетона и уровню надёжности конструкций по доминирующим факторам.

Показатели однородности по прочности и плотности материалов характеризуют технический уровень производства конструкций на отдельных предприятиях. Как прочность, так и плотность являются случайными величинами, законы распределения которых можно установить, систематически накапливая и изучая опытные данные. С этой целью автором был выполнен вероятностный анализ результатов испытаний образцов, отобранных из произвольно выбранных замесов, а также из отформованных методом литья гипсоопилочных плит наката. Выполненный анализ показал, что в качестве функции распределения прочности и плотности гипсоопилкобетона может быть использован как нормальный, так и логарифмически нормальный закон распределения. С учетом

13

квантилей нормированного нормального распределения для обеспеченности нормативного (0,95) и расчётного (0,99) сопротивлений определён коэффициент надёжности по материалу γm = 1,2. С учётом принятых в нормах обеспеченности расчётных характеристик (0,99) коэффициент надёжности по постоянной нагрузке составил γf = 1,12.

При расчёте несущих элементов зданий по предельному состоянию первой группы используются расчётные сопротивления, значения которых для гипсоопилкобетона определяются по формуле

где RH — нормативное сопротивление; γm - коэффициент надёжности по материалу; η(τ) и т ~ соответственно коэффициент длительного сопротивления и коэффициент условий работы, учитывающий режим нагружения, отличный от базового (совместное действие постоянной и длительной временной нагрузок); mR (ω) - коэффициент, учитывающий влажностное состояние материала.

Нормативными сопротивлениями гипсоопилочных бетонов являются: класс материала по прочности на сжатие В (кубиковая прочность); временное сопротивление осевому сжатию Rbn (призменная прочность); временное сопротивление осевому растяжению Rbtn ; временное сопротивление срезу Rbn.sh. На базе данных, выполненных автором исследований, были определены значения перечисленных нормативных сопротивлений и соответствующие значения расчетных сопротивлений сжатию Rb , растяжению Rbt и срезу Rb,sh . Коэффициент условий работы т при совместном действии постоянной и кратковременной снеговой нагрузок составил т = 1,1 и т = 1,25 - при совместном действии постоянной и кратковременной ветровой нагрузок. Коэффициент условий работы m R ( ω ) согласно исследованиям главы 3 может быть определён по формуле

Одной из важнейших деформационных характеристик гипсоопилочных бетонов, непосредственно используемой в расчёте, является начальный модуль

14

деформаций, значения которого предлагается определять с использованием класса материала В по формуле

вий работы mL (ω), определяемым согласно исследованиям главы 4 из выражения

тE (ω) = 0,636 · (l + 1,346 · е - 2 2 6 ω - 0,631 · е - 402ω). (18)

На коэффициенты условий работы mR(ω) и mE (ω) умножаются табличные значения расчётных характеристик материала.

Нормируемые значения расчётных характеристик гипсоопилкобетона должны гарантировать надёжность строительных конструкций на стадии проектирования. Условие неразрушимости конструкций может быть представлено случайной величиной

называемой резервом прочности. Здесь R и σ - сопротивление материала и действующие в нем напряжения, которые рассматриваются как доминирующие факторы.

При заданных уровнях надёжности сопротивления P(R) и нагрузки (напряжения) Ρ(σ) и соответствующих им коэффициентах обеспеченности tR и tσ определяются значения коэффициентов надёжности по сопротивлению γR и

по напряжениям γσ при известных значениях коэффициентов изменчивости VR

и Vσ . Тогда в общем виде коэффициент запаса может быть представлен выражением

а при логнормальном распределении R и σ

Вероятность разрушения можно представить в виде

где Ф(tS) - интеграл вероятности Гаусса с пределами интегрирования от 0 до tS . Тогда уровень надёжности P(S) определится из выражения

В табл. 1 приведены вычисленные уровни надёжности P(S) по совокупной оценке при нормальном (Н) и логнормальном (Л Н) распределении показателей сопротивления гипсоопилкобетона и напряжений в нём от внешних нагрузок.

Т а б л и ц а 1

Определение уровня надёжности P(S)

Из приведённых в табл. 1 расчётных данных следует, что совокупный уровень надёжности P(S) для логарифмически нормального распределения по сравнению с нормальным, при прочих равных условиях, одинаков или несколько выше.

17

где σ0 - осевое сжимающее напряжение; т - относительный эксцентриситет сжимающей силы в расчётном сечении; k* - отношение расчётных сопротивлений сжатию и растяжению.

При вероятностном расчёте используем случайную величину 5 (19), называемую резервом прочности, а для определения относительного эксцентриситета как случайной величины воспользуемся выражением, предложенным А.Р.Ржанициным:

С учетом принятых обозначений получим

Для решения поставленной задачи использовался метод линеаризации случайной величины х в виде:

Выполненный вероятностный анализ позволил определить значения требуемого коэффициента запаса, содержащего дисперсии составляющих относительного эксцентриситета, коэффициенты изменчивости резерва прочности, со-

противления материала и осевого напряжения.

Основой проверки доброкачественности строительных конструкций из дерева и древесных бетонов служат контрольные испытания нескольких натурных образцов до разрушения. Партия конструкций считается годной, если значения испытательной нагрузки N в n испытаниях больше контрольной нагрузки

18

Для определения коэффициента безопасности использовались результаты исследований длительной прочности гипсоопилкобетона и вероятностный анализ результатов испытаний следующих конструктивных элементов зданий:

1.Пяти трехслойных стеновых панелей размером 1500х660х180 мм с деревянным каркасом и обшивками из гипсоопилочных плит, соединённых с досками каркаса гвоздями. Панели испытывались на центральное сжатие.

2.Десяти гипсоопилочных плит наката размером 800х300x100 мм, испытанных на статический изгиб по одноточечной схеме.

Спомощью двустороннего F-критерия Фишера была доказана возможность объединения относительных дисперсий двух выборок в одну общую вы-

борку с относительной дисперсией S2ОТ . В результате интервального оценивания дисперсии генеральной совокупности σОТ с использованием S2ОТ и "хи-квадрат" распределения были установлены границы доверительного интервала для генерального коэффициента вариации, оценкой которого служит среднее значение выборочного коэффициента вариации V= 17,5%.

Общее выражение для коэффициента безопасности конструкций из гипсоопилкобетона получено с учётом временной и вероятностной составляющих, покрытия несовершенства расчётных предпосылок и эксплуатационных условий загружения в виде

Кb=2,62-0,103 .lgt, (30)

где t = 0,017t1 + t2 - приведенное время испытаний; t\ - время доведения испытательной нагрузки до разрушающей, с; t2 - время, в течение которого конструкция выдерживала разрушающую нагрузку, с.

Надёжность гипсоопилкобетонных конструкций при испытании характеризуется вероятностью их безотказной работы P(NП ) для заданного значения расчётной нагрузкиNП . Условие пригодности партии конструкций можно представить в виде

P(Nn ) = P(R*>Nn ) = 1-FR .(NП ) > P Т (31)

19

где R* - несущая способность конструкции, определяемая величиной испытательной нагрузки при отказе; FR*(N П ) - вид функции распределения несущей способности; PТ - требуемый уровень надёжности.

Вопрос о надёжности конструкций из гипсоопилкобетона рассматривался без заранее принятого допущения о виде функции распределенияFR*(NП) по методике, предложенной В.А. Громацким. По результатам испытаний на контрольную нагрузку Nk > NП необходимо по оценке P(Nk) интерполировать оценку Ρ(ΝΠ ) т. е. проверить справедливость неравенства (31), В этом случае минимально необходимый объем выборки определяется по формуле

где γ* - доверительная вероятность того, что квантильное значение разрушающей нагрузки NqT > ΝП ,а qT = 1 - РT .

При появлении одного отказа на интервале изменения нагрузок [0; Nk],

возможна дополнительная проверка на контрольную нагрузку N'k = N1< Nk дополнительного числа конструкций ng :

Если при дополнительных испытаниях числа конструкций ng на интервале изменения нагрузок [0; N'k ] не будет отказов, то партия конструкций признаётся годной.

Надёжная работа конструкций зданий из гипсоопилкобетона зависит также от того, находятся ли напряжения от действия эксплуатационных нагрузок в пределах первой области упругого деформирования. Наличие двух областей деформирования для конструкций из гипсоопилкобетона подтверждается результатами кратковременных испытаний стеновых панелей. Верхняя граница

20

области упругого деформирования испытанных панелей N1-2 составила 65% от разрушающей нагрузки. Поэтому при оценке качества конструкций обязательна дополнительная проверка, заключающаяся в выполнении неравенства

Рассмотренные рекомендации по проведению приёмочных испытаний позволят повысить долговечность конструкций из гипсоопилкобетона на стадии изготовления.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Возможность использования повсеместно имеющихся древесных опилок и гипсового вяжущего β-модификации открывает широкие перспективы расширения сырьевой базы производства строительных материалов.

2.Предшествующий опыт эксплуатации зданий с конструкциями из гипсоопилочных бетонов показал, что не во всех случаях они имели достаточную надёжность.

3.Для рационального проектирования конструкций с высоким уровнем использования ресурсов материала необходимы подробные сведения о максимальной и длительной прочности гипсоопилкобетона, характере и величине деформаций, области упругой работы, ползучести.

4.На основании проведённых исследований разработана методика расчёта состава гипсоопилочной смеси и получено выражение для определения кубиковой прочности гипсоопилкобетона в зависимости от расхода составляющих, активности гипса и плотности материала. Установлены статистически обоснованные значения масштабного коэффициента, коэффициента призменной прочности и переходного коэффициента к прочности при одноосном растяжении. Получена зависимость прочности гипсоопилкобетона от его влажности. Результаты длительных испытаний стандартных образцов доказали возможность использования уравнения долговечности древесно-цементных материалов для прогнозирования длительной прочности гипсоопилкобетона.