книги из ГПНТБ / Кудрявцев, А. А. Предварительно-напряженный керамзитобетон

при образовании трещин. В большинстве испытанных балок при (7гс/Япр<0,5 наклонные трещины на уровне центра тяжести приведенного сечения образовались ра­ нее достижения главными растягивающими напряжения­

ми величин 7?рп (табл. 4).

Т а б л и ц а 4

Трещиностойкость по наклонным сечениям двутавровых предварительно-напряженных керамзитобетонных балок

По нашим данным, для керамзитобетонных элемен­ тов при марке бетона 250 и выше может быть принято следующее условие трещинообразования по наклонным сечениям

При обработке экспериментальных данных за ау при­ нимали напряжения в бетоне, действующие в направле­ нии, перпендикулярном продольной оси.

Величина этих напряжений зависит от длины пролета среза, а также действующей поперечной силы и опреде­ ляется согласно [5].

70

3. Р аск р ы ти е трещ ин

Согласно главе СНиП [45], при эксплуатации предва­ рительно-напряженных конструкций допускается образо­ вание нормальных и наклонных трещин. Максимальная ширина раскрытия трещин ограничивается в зависимо­ сти от вида арматуры и условий эксплуатации конструк­ ций. Как известно, определяемая расчетом ширина ра­ скрытия 'трещин ат для конструкций, находящихся в неагрессивных средах, не должна превышать при крат­ ковременном раскрытии 0,4 мм, а при длительном ра­ скрытии 0,3 мм. В случае применения высоких классов стали (Ат-VI и выше и высокопрочной проволоки клас­ сов В-П и Вр-П) допускается ат при кратковременном раскрытии 0,15 мм, при длительном раскрытии и только при эксплуатации конструкций в закрытом помещении—

0,1 мм.

Как и для тяжелого бетона, для элементов из бето­ нов на пористых заполнителях раскрытие нормальных трещин рекомендуется определять по формуле

ат= kkcCKл ^ 20 (3,5 - 100 |х) J / T , мм, (58)

Еа

где 0а — напряжение в растянутой арматуре вычисляют из выражения

Экспериментальные исследования раскрытия нор­ мальных трещин на керамзитобетонных балках различ­ ных размеров (сечением 8X20, 12X30 и 16X30 см), армированных сталью классов A-IV, A-V и прядями, по­ казали следующее. Формула (58) дает удовлетворитель­ ную сходимость с опытными данными для элементов со средним и высоким значениями | = x//i0 (рис. 38). Для низких значений £ эта формула приводит к завышению расчетных ат над опытными.

При эксплуатации многие предварительно-напряжен­ ные конструкции подвергаются повторным нагрузкам. Опыты по определению ширины раскрытия нормальных трещин при повторном приложении нагрузки показали, что для элементов, не имевших верхних трещин от пред­ варительного обжатия бетона, повторное нагружение способствует увеличению ширины раскрытия нормаль-

71

ных трещин примерно на 15—20% по сравнению с пер­ воначальным нагружением. Для элементов с верхними трещинами от обжатия бетона увеличение раскрытия трещин составляло 25—30%.

аТ1 мм

П

0.10,2 0,3 ОМ 0,5 0,5 ОМ

Отмечено, что для элементов, близких к границе переармирования, повторное загружение мало сказыва­ ется на увеличении раскрытия трещин.

Длительное действие нагрузки на увеличение шири­ ны раскрытия нормальных трещин в предварительно-на­ пряженных элементах изучалось на балках со стержне­ вой арматурой класса A-V и на балках с прядями. По­ лучены данные по возрастанию ширины раскрытия трещин в предварительно-напряженных балках, нахо­ дившихся под длительной нагрузкой в течение трех лет. Длительное действие нагрузки привело к увеличению ширины раскрытия нормальных трещин в 1,4 раза.

Результаты наших испытаний подтверждаются опы­ тами, проведенными Мукменевым Л. А. [29] на балках без предварительного напряжения. Им получено увели­ чение ширины раскрытия трещин в балках, находивших­ ся под нагрузкой в течение года, в среднем в 1,5 раза.

Таким образом, для керамзитобетона коэффициент Сд (58) может быть принят таким же, как и для тяже­ лого бетона, т. е. 1,5.

Анализ результатов опытов по закрытию трещин при разгрузке элементов показал, что трещины закрываются при нагрузках, соответствующих напряжению бетона на уровне арматуры, равном 10—20 кгс/см2, если при пер­ вом загружении арматура не получила необратимых де­ формаций и ширина раскрытия трещин была не более

0,1 мм.

72

При частичном погашении предварительного напря­ жения арматуры, особенно при верхних трещинах, от предварительного обжатия требуется значительно боль­ шая величина сжимающих напряжений, чтобы обеспе­ чить закрытие трещин (порядка 30—45 кгс/см2).

Величину раскрытия наклонных трещин, согласно нормам расчета [45], рекомендуется вычислять по фор­ муле

Из результатов испытания предварительно-напряжен­ ных керамзитобетонных элементов видно, что формула

(60)дает удовлетворительную сходимость теоретических

иопытных значений раскрытия наклонных трещин. Однако значение параметра t в этой формуле следует определять с учетом усилий предварительного напряже­

ния арматуры

При проведении испытания ряда балок после образо­ вания в них наклонных трещин нагрузку полностью сни­ мали и затем балки загружали вновь. Отмечено, что повторное загружение увеличивает раскрытие наклон­ ных трещин на 20—40% по сравнению с раскрытием при первом загружении. Последующее, третье и дальнейшие загружения незначительно сказались на дальнейшем увеличении раскрытия этих трещин.

У балок без поперечной арматуры раскрытие наклон­ ных трещин имеет иную закономерность. После их обра­ зования наклонные трещины при небольшом возраста­ нии нагрузки сильно раскрываются, достигая 1 —1,5 мм. Затем балка разрушается.

Длительное приложение нагрузки приводит к зна­ чительному возрастанию ширины раскрытия наклонных трещин. На основании наших опытов коэффициент Сд в (60) рекомендуется принимать равным 2.

73

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

ДЕФОРМАЦИИ

1. Выгибы элементов от предварительного обжатия бетона

В связи с невысокими модулями упругости керамзитобетона выгибы предварительно-напряженных элемен­ тов с несимметрично расположенной напрягаемой арма­ турой достигают больших величин, пренебрегать кото­ рыми при оценке общих деформаций конструкций не следует.

Значения выгибов предварительно-напряженных эле­ ментов, постоянных по длине сечения, независимо от вида бетона, определяют по известным формулам исходя из кривизны элемента

При длительном воздействии предварительного обжа­ тия бетона значение 1/рВк находят с учетом нарастания кривизны от ползучести бетона.

Для предварительно-напряженных конструкций су­ ществует несколько способов определения выгибов с уче­ том длительного воздействия предварительного обжатия.

арматуре от ползучести бетона в предположе­ нии, если бы она была расположена на уровне крайнего сжатого волокна бетона.

74

В формуле (65) первое слагаемое в правой части выражает кривизну в момент передачи напряжения на бетон, второе слагаемое — прирост выгиба с течением времени t, при котором произошли потери напряжения в арматуре Ав.

Экспериментальная проверка выгибов керамзитобе­ тонных элементов от кратковременного и длительного действия предварительного обжатия проведена на бал­

рис. 34 приведены результаты этих наблюдений, из кото­ рых можно заключить, что с течением времени обратные выгибы интенсивно нарастают вследствие ползучести керамзитобетона. Особенно интенсивно обратные выгибы нарастают в течение первых 15 суток. У балок серии A-V за 15 суток обратные выгибы увеличились на 29— 36%; у балок серии A-VI на 41—44%; у балок серии А-VII на 28—38%.

Как видно из рис. 34, после трех месяцев интенсив­ ность нарастания обратных выгибов заметно снизилась.

Значительное нарастание обратного выгиба в первый период после отпуска натяжения арматуры объясняется повышенными деформациями ползучести бетона в ран­ нем возрасте, так как процесс самовакуумирования еще не прошел. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание при оценке общих деформаций керамзитобетонных конструкций.

Сопоставления опытных кратковременных выгибов к и теоретических значений fh, , определенных по

75

(63) и (64), показывает их удовлетворительную сходи­ мость. Однако в элементах, имевших трещины от пред­ варительного обжатия (верхние трещины), опытные вы­ гибы на 10—15% превышали теоретические.

Для элементов типа плит покрытий [24], длительное время находившихся под предварительным обжатием (без внешней нагрузки), формулы (63) —(65) дали при­ емлемые результаты.

2. Прогибы элементов без трещин при кратковременной нагрузке

В изгибаемых и сжатых предварительно-напряженных конструкциях из легких бетонов при эксплуатационной нагрузке трещины, как правило, отсутствуют. Деформа­ ции в таких конструкциях характеризуются прямой за­ висимостью от нагрузки. Для этой стадии работы эле­ ментов теоретические прогибы вычисляют по формуле

(66)

где 5 — параметр, зависящий от схемы приложения нагрузки;

Вк — жесткость элемента, определяемая при посто­ янных размерах сечения по формуле

Коэффициент k для керамзитобетона определяли многие исследователи [33, 37]. В [33] были получены зна­ чения k в пределах 0,6—0,75. В других работах значение k получено более высоким, чем для тяжелого бетона

[37].

Для определения коэффициента k нами проанализи­ рованы результаты испытаний керамзитобетонных балок двух серий, армированных прядями и стержневой арма­ турой класса А-V. Балки испытывали в возрасте 3—12 месяцев с момента изготовления. Эта группа балок не имела трещин в верхней зоне от предварительного обжа­ тия.

Результаты определения коэффициента k для балок этих серий приведены на рис. 35. Для конструктивного керамзитобетона значение k в среднем может быть при-

7§

IX

р~ ° -

нято 0,9, что выше, чем принято для тяжелого бетона (0,85). Более высокое значение k для керамзитобетона объясняется меньшими неупругими деформациями мате­ риала.

Полученное некоторыми исследователями понижен­ ное значение этого коэффициента, по-видимому, объясня­ ется отрицательным влиянием технологических факторов при изготовлении элементов или образованием трещин в верхней зоне от предварительного обжатия.

Коэффициент k зависит также от возраста керамзи­ тобетона к моменту испытания конструкций, времени выдержки элементов под нагрузкой и других факторов, которые могут сказаться на результатах опытов.

Неоднократные испытания предварительно-напряжен­ ных сжатых элементов подтверждают необходимость повышения коэффициента k при определении жесткости. Анализом большого количества результатов испытаний опытных образцов (внецентренно-сжатых колонн) уста­ новлено, что коэффициент /г следует принять равным 1. Физически это можно объяснить тем, что благодаря равномерному по сечению предварительному напряже­ нию керамзитобетон в гибких колоннах при нагрузках Л^^0,5Л^Р работает без заметного проявления пластиче­ ских деформаций. Это явление отмечалось также в гибких предварительно-напряженных колоннах из тяже­ лого бетона [43].

Однако формула деформации (66) справедлива лишь для случая, когда после отпуска натяжения арматуры в балках в верхней зоне отсутствуют трещины от предва­ рительного обжатия. Испытания кратковременной на­ грузкой балок нескольких серий, имевших в верхней зоне трещины, говорили о повышенной их деформатив-

77

ности. Опытные прогибы таких элементов в 1,27—1,7 раза превосходили теоретические прогибы, определенные для стадии без трещин.

Чтобы не было такого неблагоприятного явления в изгибаемых элементах из легкого бетона, в ряде случаев целесообразно предусматривать конструктивно постав­ ленную арматуру в сжатой зоне. Арматура будет умень­ шать обратный выгиб элемента и снижать прогибы от внешней нагрузки.

3. Прогибы элементов с трещинами в растянутой зоне от кратковременной нагрузки

После образования трещин в растянутой зоне от внешней нагрузки прогибы предварительно-напряжен­ ных элементов зависят от следующих факторов: сцепле­ ния арматуры с бетоном, прочности бетона на растяже­ ние, упругих и пластических характеристик бетона. На основании работы А. А. Гвоздева, С. А. Дмитриева и Я. М. Немировского [10] в нормах СНиП [45] дана формула определения кривизны для любого предвари­ тельно-напряженного железобетонного элемента после появления в нем трещины:

исходным выражением для которого послужила зависи­ мость

Входящие в (68) параметры и коэффициенты фб, фа, v зависят от свойств бетонов. Поскольку керамзитобетон по своим упругопластическим свойствам отличается от тяжелого бетона, указанные параметры были экспери­ ментально проверены и уточнены.

Эти уточнения касались, главным образом, формул по определению коэффициентов фа и относительной вы­ соты сжатой зоны бетона | [24]. Однако для сохранения единой структуры формул по расчету деформаций для тяжелого и легкого бетонов был проведен расчетный

78

анализ результатов испытаний на двух группах изгибае­ мых керамзитобетонных элементов прямоугольного сече­ ния, одна из которых армирована стержневой арматурой класса A-V, другая — семипроволочными прядями диа-

риментальные и теоретические данные для коэффициен­ тов фб, фа и £.

1 Сопоставление опытных значений кривизн с теорети­ ческими, определенными по нормам, показывает, что для элементов из керамзитобетона имеется расхождение между 1/роп и 1/рт в пределах 15—20%. Большее рас­ хождение наблюдается у слабоармированных элементов. Учитывая то, что в натурных условиях на деформации элементов .влияют многие факторы, учесть которые в расчетах затруднительно, такое расхождение результа­ тов расчета с опытными данными, по нашему мнению, можно допустить.

В приведенной выше формуле кривизны не учитыва­ ются деформации нарастания обратного выгиба от пред­ варительного обжатия за время выдержки балок до загрузки внешней силой. Для более точной оценки про­ гибов предварительно-напряженных элементов (ниже горизонтальной линии) следует принимать во внимание этот прирост обратного выгиба (см. гл. VI, формулу

(65).

79