Файл: Лысенко Е.Ф. Армоцементные конструкции учеб. пособие.pdf

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.