Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

К РАСЧЕТУ ЭЛЕМЕНТОВ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ ФИБРОБЕТОНА ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ ПРОДОЛЬНЫХ СЖИМАЮЩИХ И ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ

Хегай М.О. 1
1 ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Все более широкое применение, в частности, в многоэтажных зданиях имеют конструкции круглого сечения, работающие с малыми эксцентриситетами. Зачастую, помимо продольных сил на них также действуют и поперечные силы. В настоящей статье приводится теоретическое исследование фиброжелезобетонных и железобетонных элементов круглого сечения при совместном действии продольных осевых сжимающих и поперечных сил. В данной статье рассматриваются расчеты конструкций, работающих на совместное действие продольных осевых, сжимающих и поперечных сил, принятые в разное время в нормативных документах. Также предложен расчет прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при сочетании таких усилий. Отмечено положительное влияние продольного, осевого усилия сжатия на несущую способность как фиброжелезобетонных, так и железобетонных элементов круглого сечения при поперечном изгибе.
круглое сечение
поперечный изгиб
фибра
фибробетон
1. Куликов А.Н. Экспериментально-теоретические исследования свойств фибробетона при безградиентном напряженном состоянии в кратковременных испытаниях: автореф. дис. … канд. техн. наук/ А.Н. Куликов; ЛИСИ. – Л., 1974. – 22 с.
2. Морозов В. И. Исследования фиброжелезобетонных колон с высокопрочной арматурой / В.И. Морозов, А.О. Хегай // Вестник гражданских инженеров. – 2011. - №3(28). – С. 34-37.
3. Морозов В. И. Фиброжелезобетонные конструкции с высокопрочной арматурой [Текст] / В. И. Морозов, Ю. В. Пухаренко // Промышленное и гражданское строительство. – 2007. - № 1. – С. 45-46.
4. Пухаренко Ю.В. О вязкости разрушения фибробетона / Ю.В. Пухаренко, В.Ю. Голубев // Вестник гражданских инженеров. – 2008. - №3(16). – С. 80-83.
5. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. – М.: 1989.
6. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России. -М.: ГУП НИИЖБ, 2004.
7. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России. -М.: ГУП НИИЖБ, 2012.
8. Хегай М.О. Напряженно - деформированное состояние фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при действии поперечных сил // Вестник гражданских инженеров. – 2013. - № ( 39 ).

Введение

В современном мире есть опасность лавинообразного разрушения конструкций от разного рода техногенных факторов, террористических угроз, в связи с этим становится актуальным вопрос повышения вязкости разрушения элементов.

Одним из способов повышения вязкости разрушения является дисперсное армирование бетона стальными фибрами, способное обеспечить улучшение механических характеристик материала: увеличить предельную сжимаемость, повысить прочность, растяжимость, трещиностойкость, ударопрочность, вязкость разрушения и т.д. [1,2,3,4].

Конструкции круглого сечения приобретают все более широкое применение. Зачастую, помимо продольных сил на них также действуют и поперечные силы.

Вместе с тем отсутствуют данные о расчете как железобетонных, так и фиброжелезобетонных конструкций, как в нормативных документах, так и в специальной литературе.

В Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете на кафедре «Железобетонных и каменных конструкций» были проведены испытания элементов круглого сечения из сталефибробетона при совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил, в которых варьировалась величина продольного усилия обжатия. В результате эксперимента было выявлено, что:

1. Добавление продольных сжимающих сил увеличивает несущую способность железобетонных и фиброжелезобетонных элементов по наклонному сечению при действии поперечных сил.

2. Количественное влияние продольной силы для железобетонных и фиброжелезобетонных образцов было практически одинаковым. Для железобетонных образцов увеличение составило 50%, 87%, 139%, для фиброжелезобетонных – 50%, 95%, 134% в зависимости от продольного усилия сжатия.

3. Фибровое армирование меняет характер разрушения и трещинообразования образцов. Разрушение становилось более вязким, ширина раскрытия трещин в фиброжелезобетонных образцах была меньше, чем в железобетонных. Шаг трещин в фиброжелезобетонных образцах был больше. Это подтверждается исследованиями авторов [1,2,3,4].

Влияние совместного действия продольных сжимающих и поперечных сил в нормативных документах [5, 6, 7] учитывается коэффициентом:

φn=Qn/Q,

где Qn – несущая способность от совместного действия продольной сжимающей и поперечной сил; Q – несущая способность от действия поперечной силы.

В таблице 1 приведено сравнение опытных и теоретических коэффициентов φn и разрушающей поперечной нагрузки (Qn) для сталефиброжелезобетонных образцов.

Таблица 1

Примечание: ; ; φnоп=Qnоп/ Qоп;,

где N-усилие сжатия, , Qnоп – экспериментальное значение предельной поперечной силы, воспринимаемой образцом при совместном действии продольных и поперечных сил, Qоп – несущая способность элемента без продольного обжатия; Q – теоретическая несущая способность вычисленная по предложенной расчетной модели [8].

В таблице 2 приведено сравнение опытных и теоретических коэффициентов φn и разрушающей поперечной нагрузки (Qn) для железобетонных образцов.

Таблица 2

На основании таблиц 1 и 2 были построены графики зависимости разрушающей поперечной силы от продольного усилия сжатия (рис. 1, 2).

Рис. 1. Зависимость Q от N в железобетонном элементе, где Q- предельная поперечная сила, N-усилие обжатия

Рис. 2. Зависимость Q от N в фиброжелезобетонном элементе, где Q – предельная поперечная сила, N – усилие обжатия

Как видно из графиков, существующие нормативные документы дают значительное отклонение от опытных результатов. Так, для железобетонных конструкций отклонение по нормам СНиП 2.03.01-84 составило 20,4%, для СП 52-101-2003 – 38,51%, по СП 63.13330.2012 – 42,79%. Для фиброжелезобетонных конструкций отклонение по нормам СНиП 2.03.01-84 составило 19,86%, для СП 52-101-2003 – 26,67%, по СП 63.13330.2012 – 31,63%.

На рисунке 3, 4 представлены графики зависимости коэффициента φn от b по результатам экспериментальных данных и теоретических расчетов для железобетонных и фиброжелезобетонных элементов.

Рис. 3. Зависимость φn от β в железобетонном элементе, где

,

Рис. 4. Зависимость φn от β в фиброжелезобетонном элементе, где

,

Наименьшее отклонение теоретических результатов от экспериментальных было получено при расчете по СНиП 2.03.01-84, в котором была принята линейная зависимость коэффициента φn от продольного сжатия.

На основании проведенных экспериментов была построена аппроксимирующая зависимость коэффициента φn от b (рис. 4), которая выражается формулой:

Рис. 4. Зависимость φnоп от β

где φnоп= Qnоп/ Qоп,

Таким образом, несущая способность элемента круглого сечения из сталефибробетона от совместного действия продольной сжимающей и поперечных сил определяется из выражения:

Расчеты по существующим нормативным документам элементов круглого сечения из сталефибробетона при совместном действии продольных сжимающих и поперечных силах дают значительное отклонение от опытных данных ( Dmax = 31,63%) в запас прочности, что снижает эффективность использования материалов при проектировании.

В результате проведенных исследований получены экспериментально теоретические параметры, обеспечивающие получение адэкватных результатов при расчете прочности фиброжелезобетонных элементов круглого сечения при совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил.

Рецензенты:

Веселов А. А., д.т.н., профессор, кафедры «Железобетонных и каменных конструкций» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно строительный университет», г. Санкт-Петербург.

Белов В. В., д.т.н., профессор, кафедры «Строительная механика и строительные конструкции» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургского государственного политехнического университета», г. Санкт-Петербург.


Библиографическая ссылка

Хегай М.О. К РАСЧЕТУ ЭЛЕМЕНТОВ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ ФИБРОБЕТОНА ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ ПРОДОЛЬНЫХ СЖИМАЮЩИХ И ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10598 (дата обращения: 13.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074