На правах рукописи

Мкртчян Аксель Мгерович

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОЛОННЫ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА

НА МАТЕРИАЛАХ РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ

Специальность 05.23.01 – Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2013 2

Работа выполнена на кафедре железобетонных и каменных конструкций федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет» (РГСУ)

Научный руководитель: Маилян Дмитрий Рафаэлович доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Ахматов Мусса Ахматович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Строительные конструкции и сооружения» Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета им. В.М. Кокова Пиневич Сергей Сергеевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник, зав. отделом исследований бетона и железобетона ООО «Институт Ростовский ПромстройНИИпроект»

Ведущая организация: ООО «Севкавнипиагропром»

Защита состоится «5» декабря 2013г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 1125, тел/факс (863) 201-90-31; e-mail: [email protected].

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «1» ноября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доц. А.В. Налимова

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одной из основных задач строительной отрасли является снижение себестоимости строительства за счёт использования новейших технологий и материалов. Строительство в Армении – динамично развивающаяся отрасль, большая часть строительных конструкций в стране выполняется из железобетона. Одним из путей снижения затрат на материалы для капитального строительства является сокращение количества применяемой арматуры в конструкции за счёт использования бетонов повышенной прочности.

Набольший экономический эффект здесь следует ожидать при проектировании сжатых железобетонных конструкций.

Для определения перспектив производства высокопрочных бетонов в Республике Армении необходимо произвести анализ сырьевой базы. Большое значение для получения высокопрочного бетона имеет разработка технологии его изготовления.

Известно, что модель расчёта, основанная на классической теории, не позволяет в полной мере учесть все особенности работы железобетонных конструкций, что значительно затрудняет возможности рационального проектирования конструкций. Современная теория расчёта железобетона неуклонно развивается в сторону отказа от упрощённых схем и создания универсальной деформационной модели расчёта с учётом реальной нелинейной работы бетона.

Так, в последние десятилетия активно развиваются методы расчёта железобетонных конструкций с использованием полных диаграмм деформирования материалов с учётом нисходящих ветвей. Поэтому необходимо уделять внимание совершенствованию методов расчёта прочности, деформативности и трещиностойкости железобетонных конструкций, учитывающих трансформированные диаграммы деформации бетона.

Цель диссертационной работы – получение высокопрочного бетона классов В70-110 на материалах Республики Армения; изучение его основных прочностных и деформационных свойств; исследование прочности и деформативности железобетонных колонн из бетонов В70-В110; разработка предложений по корректировке расчётных методов с учётом особенностей работы высокопрочного бетона.

Автор защищает:

технологию изготовления высокопрочных бетонов на основе базальтового щебня с малым содержанием пылевидных частиц, заключающуюся в изменении очерёдности загрузки компонентов бетонной смеси в бетоносмеситель;

результаты исследования основных прочностных и деформационных свойств бетона на материалах Армении, полученного по предложенной технологии;

новую зависимость для определения соотношения между призменной и кубиковой прочностью высокопрочных бетонов;

полученную на основе данных эксперимента новую диаграмму деформирования высокопрочного бетона с учетом нисходящей ветви на основе зависимости Сарджина;

полученные экспериментальные данные о несущей способности, деформативности и трещиностойкости центрально и внецентренно сжатых железобетонных колонн из бетонов классов В70-В110;

предложения по корректировке нормативных методов расчёта прочности и деформативности сжатых железобетонных стоек по недеформированной и деформированной схемам;

методику расчёта центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов на основе нелинейной деформационной модели с использованием двухлинейной, трёхлинейной и полной криволинейной диаграммы по нормам ЕКБ-ФИП, а также предлагаемой экспериментальной диаграммы состояния высокопрочного бетона.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается статистической обработкой собственных экспериментальных данных, а также обработкой опытных данных других авторов.

Научная новизна работы:

подобраны составы высокопрочных бетонов классов В70-В110 на материалах Армении;

предложена и экспериментально апробирована технология изготовления высокопрочных бетонов на базальтовом щебне с малым содержанием пылевидных частиц с изменением очерёдности загрузки компонентов смеси в бетоносмеситель;

изучены основные прочностные и деформационные свойства высокопрочных бетонов на материалах Армении, полученных по предложенной технологии;

получены новые экспериментальные диаграммы состояния бетона («b– b») при осевом кратковременном сжатии бетонных призм с учётом нисходящей ветви; предложена новая аналитическая зависимость «b–b»;

дано предложение по корректировке формулы определения коэффициента призменной прочности (соотношения между призменной и кубиковой прочностью бетона);

получены новые экспериментальные данные о сопротивлении сжатию железобетонных колонн из высокопрочного бетона классов В70...В110. Проанализировано влияние различных факторов на работу железобетонных колонн из высокопрочного бетона на основе экспериментальных данных;

установлена необходимость учитывать в расчётах железобетонных стоек влияние сеток поперечного армирования на прочность и деформации бетона;

откорректированы формулы расчёта внецентренно сжатых железобетонных элементов на основе предельных усилий по недеформированной и деформированной схемам. Изменения внесены в формулу жёсткости для вычисления условной критической силы, кривизны элементов с трещинами и без трещин;

даны предложения по применению в нелинейном деформационном расчете трансформированных двух- и трёхлинейной диаграмм состояния бетона, а также полной криволинейной диаграммы «b–b».

Практическая ценность. Разработаны практические рекомендации по проектированию железобетонных колонн из высокопрочного бетона, включающие в себя составы и технологию изготовления высокопрочных бетонов на материалах Армении с использованием базальтового щебня с малым содержанием пылевато-глинистых частиц; предложения по расчёту кинетики твердения высокопрочных бетонов, определению соотношения между кубиковой и призменной прочностью для высокопрочных бетонов; диаграммы деформирования высокопрочных бетонов в условиях осевого сжатия, позволяющие добиться значительной сходимости с экспериментальными данными.

Разработана программа для расчётов железобетонных колонн по нелинейной деформационной модели, а также по традиционной не деформированной и деформированной схемам в рамках расчёта на основе предельных усилий. Программа полезна для практического использования в научных исследованиях и проектной практике.

Внедрение результатов работы. Рекомендации по применению высокопрочных бетонов в сжатых железобетонных элементах, программа расчёта железобетонных колонн из высокопрочного бетона переданы и используются в проектной практике институтами и проектными организациями ООО “СевКавНИПИагропром”, ОАО “Ростовгражданпроект”, ООО “ИнжКомЭнерго”, ЗАО “АрмРосГАЗПРОМ”, ЗАО “Государственная вневедомственная экспертиза проектов Республики Армения”, ОАО “АрмПромПроект”. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в Ростовском государственном строительном университете.

Апробация результатов. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:

научно-практической конференции «Инновационные исследования строительных конструкций в работах молодых ученых Ростовской области», Ростов-на-Дону, 2013 г.;

международных научных конференциях: «5th International Scientific Conference “European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches”, Stuttgart, Germany, 2013; и “Applied Sciences and technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific findings”, New York, USA, 2013;

международной научно-практической конференции "Строительство – 2013", Ростов-на-Дону, 2013.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 10 печатных работ, в том числе 6 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 2 в материалах зарубежных конференций и 2 в материалах международных конференций. На разработанную программу «Колоннаполучено авторское свидетельство.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на страницах, содержит 34 таблицы, 58 рисунков, библиографический список из 133 наименований.

Работа выполнена в Ростовском государственном строительном университете, на кафедре «Железобетонные и каменные конструкции» под руководством доктора технических наук профессора Д.Р. Маиляна и кандидата технических наук, доцента В.Н. Аксенова.

В первой главе производится обзор и анализ способов получения высокопрочных бетонов, диаграммы деформирования бетона и их описание. Рассмотрены работа железобетонных стоек из высокопрочного бетона и методы расчёта железобетонных колонн.

Оценкой прочности и деформативности сжатых железобетонных конструкций как при кратковременном, так и длительном воздействии нагрузки занимались такие учёные, как: А.А. Гвоздев, О.Я. Берг, А.П. Васильев, Ю.М. Баженов, И.Н. Ахвердов, А.Б. Голышев, В.М. Бондаренко, С.В. Бондаренко, И.И. Улицкий, Г.Н. Писанко, В.А. Беликов, Б.Г. Скрамтаев, Н.И. Карпенко, С.И. Меркулов, Е.И. Гамаюнов, В.И. Колчунов, Вл.

И. Колчунов, С.С. Каприелов, Д.Р. Маилян, А.С. Залесов, А.Л. Морин, В.Б. Цейлон, В.Ф. Захаров, Н.В. Свиридов, О.Г. Кумпяка, Е.Н. Щербаков, М.Н. Малько, Е.А. Чистякова, Н.Г. Матков и др.

В исследованиях учёных были проанализированы особенности работы железобетонных стоек с предварительно напряжённой арматурой при различных значениях гибкости, армирования, эксцентриситета приложения внешней нагрузки, класса бетона. Даны оценки влияния указанных факторов на несущую способность и деформативность конструкций.

Многофакторный анализ экспериментальных данных разных авторов показал, что на несущую способность железобетонных колонн из бетонов средней прочности влияют гибкость элемента, относительный эксцентриситет внешней нагрузки, степень обжатия и прочность бетона. Менее существенно влияют на прочность конструкции модуль упругости бетона и процент армирования.

Приведённый обзор методов расчёта железобетонных стоек показал, что:

нормативные методы расчёта сжатых железобетонных элементов разработаны в основном на основании данных по конструкциям с классом бетона по прочности на сжатие В30…В40 и нуждаются в проверке и, возможно, корректировке для конструкций из высокопрочных бетонов;

методы нелинейных деформационных расчетов, приведенные в СП основаны на двух- и трехлинейных диаграммах деформирования бетона, координаты граничных точек которых требуют корректировки применительно к сжатым элементам из высокопрочного бетона;

не разработана модель расчёта сжатых железобетонных элементов с учётом полных диаграмм деформирования высокопрочных бетонов.

Во второй главе приведен анализ сырьевой базы и возможности получения высокопрочных бетонов в условиях Республики Армения.

В Армении производится бездобавочный портландцемент по стандарту ГОСТ 10178-85. Производитель – Mika Cement Company – для производства цементного клинкера применяют известняк и глину.

В качестве крупного заполнителя для изготовления высокопрочных бетонов использовался базальтовый щебень Ереванского месторождения фракции 5- мм. В связи с достаточно высоким содержанием пылевато-глинистых частиц в исходном материале перед экспериментом весь щебень быль вымыт и высушен так, чтобы влажность используемого щебня не превышала 0,5%, а массовая доля пылевато-глинистых частиц – 0,1%.

По гранулометрическому составу и модулю крупности песок относится к крупным и может быть использован для приготовления тяжёлых бетонов без какихлибо ограничений. Содержание пылевато-глинистых частиц (ПГ) в промытом песке составляет 0,1 %.

Для снижения водопотребности бетонной смеси и получения высокопрочного бетона, для приготовления смеси использовался суперпластификатор Mapefluid N200 производства компании Mapei. Он представляет собой 40%-ный раствор активных полимеров на меламиновой основе.

Для приготовления бетонной смеси рекомендуется использовать технологию, отличную от принятой для обычных бетонов. Это связано с тем, что для приготовления высокопрочных бетонов водоцементное отношение принимается низким (от 0,2 до 0,25), а также с особенностями состава смеси: обязательным использованием суперпластификаторов, большим количеством цемента.

На основании результатов эксперимента для получения высокопрочных бетонов классов В70-110 даны рекомендуемые составы бетона и технологии изготовления бетонной смеси.

Кинетика твердения бетонов различных классов может быть описана стандартными зависимостями Российских норм (1) и рекомендаций ЕКБ ФИП (2)(рис. 1):

Рис. 1. Кинетика твердения высокопрочного бетона по формуле (2) Сопоставление наших экспериментальных данных с расчетными показало, что скорость набора прочности исследуемым бетоном классов В70-В110 не соответствует логарифмической зависимости, описываемой уравнением (1). За счет большого количества цемента и применения суперпластификатора фактическая скорость набора прочности высокопрочными бетонами значительно выше принятой в нормах. Использование формулы (2) с рекомендуемыми нами значениями k дает наиболее полное соответствие экспериментальных и теоретических значений (рис. 2).

Наиболее удобно зависимость k(В) описывается следующим предложенным выражением:

Полученные экспериментальные значения коэффициента призменной прочности, 0,769…0,788, определяемого как отношение призменной прочности бетона, Rb, к кубиковой, R, достаточно хорошо согласуются с предложенным О.Я. Бергом значением 0,783, не зависящим от прочности бетона (рис. 3).

Однако в эксперименте выявлена явная тенденция к снижению исследуемого коэффициента с ростом прочности бетона.

Предлагается следующий откорректированный вид зависимости Rb=f(R):

=1,123+0,00115(R-60); R60 МПа.

где Рис. 3. Зависимость коэффициента призменной прочности от прочности образца: 1 – по данным эксперимента; 2 – по стандартной формуле СНиП; 3 – по предложенной формуле Вычисленные по (4) значения призменной прочности практически совпадают с экспериментальными данными.

Установлено, что максимальная относительная деформация b0, соответствующая напряжению Rb, увеличивается с ростом прочности бетона. Анализ опытных данных показывает, что для исследуемых высокопрочных бетонов В70-В110 эта зависимость носит линейный характер. Для ее описания предлагается следующая формула:

Здесь Rb следует подставлять в МПа.

Одной из задач диссертационного исследования является разработка зависимости, максимально подходящей для описания экспериментальных кривых «bb». Для более точного описания работы высокопрочных бетонов, предлагается к использованию откорректированная зависимость на основе формулы Сарджина, дающая хорошую сходимость с диаграммами, полученными по результатам эксперимента:

где Rb – призменная прочность бетонного образца, – относительный модуль деформации бетона в вершине диаграммы, определяемый по формуле где E0 – модуль деформации бетона в вершине диаграммы, соответствующий тангенсу угла, 0, наклона секущей к кривой b–b в точке с относительными деформациями b=b0.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования сопротивления железобетонных колонн из высокопрочного бетона. Для постановки эксперимента было изготовлено две группы колонн с прямоугольным поперечным сечением. Первая группа имела сечение 120х250 мм и изготавливалась из бетона В87, вторая – 100х200 мм из бетона В109. При изготовлении образцов продольная рабочая арматура была принята диаметром 12 мм класса А500С, поперечная арматура – диаметром 6,5 мм класса B500 (Вр-I).

Процент армирования принимался равным 1,5, 2,26 и 3,4%. Длины колонн – 1, 2, и 3 м, что соответствует гибкостям h=l0/h=(8,33; 16,67; 25) для колонн сечением 120х250 мм и h=(20; 30) для колонн сечением 100х200 мм.

Испытания были проведены при трёх значениях относительного эксцентриситета сжимающей силы: e0/h=(0; 0,2; 0,5).

Образы испытывались в вертикальном положении в 1000-тонном прессе.

Характер разрушения опытных колонн из высокопрочного бетона зависел от значений варьируемых факторов. Так, разрушение бетонных призм и кубов, а также железобетонных образцов, работающих в условиях, близких к «центральному» сжатию, происходило внезапно, без каких-либо признаков, предшествующих разрушению.

Опытные железобетонные колонны гибкостью h=8,33; 16,67; 20; 25 и разрушались при исчерпании «устойчивой прочности», при этом напряжения в бетоне достигали предельных реализованных значений.

При прочих постоянных факторах с увеличением эксцентриситета прирост гибкости h=l0/h в диапазоне от 8 до 25 сильнее влияет на снижение несущей способности. Связано это с тем, что рост гибкости приводит к увеличению продольного изгиба колонны, который, в свою очередь складывается со значением осевого эксцентриситета, способствуя ещё большему снижению несущей способности образца.

Степень влияния процента содержания арматуры в сечении на несущую способность уменьшается с ростом эксцентриситета.

Рост прочности колонн, вызванный увеличением количества продольной арматуры, происходит медленнее, чем рост процента армирования сечения. Это связано с тем, что больший вклад в несущую способность колонн обеспечивает работа сжатого бетона (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость относительной несущей способности колонн от гибкости при различных значениях осевого эксцентриситета и различном проценте армирования сечения Опыты показали, что повышать несущую способность сжатых элементов большой гибкости (h от 20 до 30) из высокопрочных бетонов при относительных эксцентриситетах е0/h от 0,0 до 0,5 за счёт усиления армирования не эффективно.

Выполненные эксперименты по работе бетонных призм из бетонов В87В109 на осевое сжатие показали, что относительные деформации b0, соответствующие максимальным напряжениям в призме, принимают значение от 22510-5 до 26910-5. Призмы были испытаны по специальной методике, позволяющей получить нисходящую ветвь на диаграмме напряжений бетона («b– b») и установить значение предельной деформации бетона b2.

В ходе исследований работы колонн из высокопрочного бетона было изучено влияние гибкости, процента армирования и относительного эксцентриситета на деформативность стоек и характер работы бетона в сжатой зоне конструкции.

Предлагается зависимость предельных относительных деформаций бетона сжатой зоны колонн, b,ult, от варьируемых факторов, которая имеет вид:

Наибольшая разница опытных и теоретических деформаций составила 12 %.

Установлено, что повышение гибкости и эксцентриситета приложения внешней нагрузки приводит к росту продольного изгиба железобетонных колонн. Повышение содержания арматуры в поперечном сечении приводит к увеличению несущей способности и воспринимаемого сечением момента, за счёт этого получены сопоставимые картины деформирования колонн с разным процентом армирования.

Относительный уровень трещинообразования в опытных железобетонных колоннах зависит от эксцентриситета продольного усилия, гибкости элемента и количества продольной арматуры. С увеличением гибкости конструкций относительный уровень трещинообразования снижается.

Увеличение процента армирования от 2,26 до 3,4 % в гибких стойках при h=20 и 30 также приводит к повышению относительного усилия трещинообразования и снижает ширину раскрытия трещин.

Предельные деформации растяжения в опытных колоннах из высокопрочного бетона bt,ult=(3540)10-5.

Четвертая глава посвящена расчету железобетонных колонн с учетом особенностей свойств высокопрочных бетонов.

С целью автоматизации выполнения расчетов экспериментальных колонн и облегчения поиска решений по приведению нормативных методов расчета в соответствие с опытными данными в рамках настоящей диссертационной работы была разработана программа «Колонна-2014».

Разработанная программа позволяет выполнять расчёт колонн из бетонов классов от В15 до В120, также присутствует возможность добавлять пользовательские (например, экспериментальные) данные о новых классах бетона. В программе реализованы методики расчёта, заложенные в действующие нормы в оригинальном виде, а также с учётом корректировок и разработанных автором предложений.

Программа разработана на языке программирования Object Pascal в среде Delphi для работы на IBM-совместимых компьютерах с операционной системой Microsoft Windows XP, Windows Vista, Windows 7 и выше. На программу «Колонна-2014» получено авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

В программе предусмотрено три метода расчета колонн:

расчёт по недеформированной схеме с вычислением условной критической силы, Ncr, и коэффициента продольного изгиба, ;

расчёт по деформированной схеме – с вычислением прогиба элемента, f, добавляемого в дальнейшем к значению эксцентриситета внешней силы;

расчёт на основе нелинейной деформационной модели с учётом диаграмм деформирования бетона и арматуры.

Расчёт колонн по недеформированной схеме вёлся в соответствии с нормами.

При выполнении расчётов было установлено, что для большей части колонн воспользоваться расчётом по недеформированной схеме не представляется возможным, так как вычисленная критическая сила оказалась меньше несущей способности стойки. При сопоставлении значений Ntheor/Nexp для колонн, рассчитать которые удалось, было выявлено, что во всех колоннах несущая способность по расчёту меньше экспериментальной, что говорит о работе бетона в опытных колоннах с большими напряжениями, чем были зафиксированы при испытании призм.

Одним из объяснений превышения прочности бетона в колонне призменной прочности является влияние армирования. Так как размеры поперечного сечения образцов малы, то сетки поперечного армирования совместно с мощной продольной арматурой играют роль косвенного армирования при сжатии колонн. Расчет повышения прочности бетона с учётом косвенного армирования выполнен по методике норм:

Полученные значения Rb,red для экспериментального бетона классов В87 и В109 составили 78 и 105 МПа соответственно. Дальнейшие расчеты выполнялись с учетом повышенной за счет влияния косвенного армирования призменной прочности бетона. Она обозначена как Rb*.

Анализ данных о деформациях сжатого бетона перед разрушением колонн:

b,ult,exp=(298…416)105 позволяет сделать вывод о том, что напряжения в сжатой арматуре экспериментальных образцов нельзя ограничивать значением Rsc=400 МПа, так как даже при расчете колонны с наименьшими деформациями сжатой зоны бетона, напряжения в арматуре теоретически могут достигать значений scu=b,ult,expEs= 29810-52105 МПа=596 МПа.

Так как условная критическая сила в новых нормах вычисляется по классической формуле Эйлера, то корректировку необходимо вносить в формулу для определения жесткости железобетонного элемента.

Для учета особенностей работы железобетонных колонн из высокопрочного бетона введем поправку к жесткости, которая будет иметь следующий вид:

Рекомендуемые значения эмпирического коэффициента были определены из сопоставления экспериментальных данных и вычислений, проводимых при помощи программы «Колонна -2014». При помощи метода математического планирования эксперимента была составлена зависимость для определения коэффициента в зависимости от варьируемых факторов: процента армирования, гибкости и относительного эксцентриситета продольной силы:

Предложенная автором корректировка расчета по недеформированной схеме позволяет использовать указанный метод для расчета колонн из высокопрочного бетона. При этом среднеквадратическое отклонение экспериментальной несущей способности от расчетной с учетом предложений автора снизилось в 3,9 раза по сравнению с расчетом по нормам.

При расчёте колонн по деформированной схеме в рамках норм получено расхождение теоретической и экспериментальной несущей способности от +8 до -80 %.

Анализ опытных данных показал, что разница в несущей способности стоек обусловливается, прежде всего, значительными неточностями в определении прогибов.

В формулу определения кривизны для элементов, работающих без трещин, введём дополнительный эмпирический коэффициент к жёсткости железобетонного сечения:

Цель введения – учёт особенностей работы высокопрочных бетонов и их влияния на деформирование железобетонных колонн.

На основе подобранных значений разработана формула для определения коэффициента :

Для учета повышенной жесткости колонн из высокопрочных бетонов, работающих с трещинами в растянутой зоне, предлагается следующая усовершенствованная формула:

При eo/h=0,5 определяется по формуле:

здесь e=e0/h.

Полученные в результате расчёта значения несущей способности колонн отличаются от экспериментальных на 12 %, что свидетельствует о достоверности сделанных предположений.

При помощи разработанного программного комплекса «Колонна 2014»

был произведён вычислительный эксперимент, целью которого стало сопоставление теоретических и экспериментальных данных о несущей способности и деформативности железобетонных колонн из высокопрочного бетона. Расчёт был произведён на основании нелинейной деформационной модели, рекомендуемой в качестве основного метода расчёта.

Всего было рассмотрено 4 диаграммы состояния бетона:

двухлинейная по СП 63.13330.2012;

трёхлинейная по СП 63.13330.2012;

полная криволинейная зависимость «b–b», принятая в ЕКБ-ФИП;

экспериментальная криволинейная зависимость, предложенная автором (6).

Диаграмма состояния арматуры была принята трехлинейная по СП.

С целью определения оптимальной формы двухлинейной диаграммы был выполнен вычислительный эксперимент, заключающийся в подборе значений относительных деформаций b1,red и b2, при которых несущая способность и деформации колонн коррелировались бы с результатами эксперимента.

Результаты проведенных расчетов показали отсутствие четкой зависимости оптимальных значений относительных деформаций бетона b1,red и b2 от варьируемых факторов. Значения b1,red и b2, при которых обеспечивается наилучшая сходимость теоретических и экспериментальных значений несущей способности и прогиба колонн приведены в табличной форме в диссертации.

Расчёт на основе трёхлинейной диаграммы также показал значительное отклонение теоретических значений от экспериментальных как по несущей способности, так и по прогибам.

Полученные в результате вычислительного эксперимента оптимальные значения относительных деформаций b0 и b2 трехлинейной диаграммы и результаты расчёта с учётом этих значений приведены в диссертации.

Для оценки эффективности применения криволинейных диаграмм при расчёте сжатых железобетонных элементов, был выполнен вычислительный эксперимент по подбору оптимальных параметров двух указанных диаграмм.

Варьировались относительные деформации двух характерных точек диаграмм:

b0 и b2. Предельная деформация сжатия бетона, b2, в расчётах не задавалась изначально, а вычислялась в процессе итерационного расчёта из условия обеспечения максимальной площади эпюры напряжений в сжатой зоне бетона.

Деформация в пиковой точке диаграммы, b0, была определена из условия обеспечения максимальной несущей способности колонны, соответствующей экспериментальным данным.

Оптимальное значение b0 по расчёту получилось равным (20020)10-5, что соответствует рекомендуемому нормами значению 20010-5. Длина нисходящей ветви получилась незначительной: не более 19 % от длины восходящего участка.

1. Выполнен анализ сырьевой базы для производства высокопрочных бетонов на материалах Армении. Впервые разработаны составы и технология приготовления бетонной смеси, обеспечивающие получение высокопрочных бетонов классов В70-В110 на материалах Республики Армения (РА). Исследованы их основные прочностные и деформационные характеристики.

2. Экспериментально установлено, что соотношение между призменной прочностью и кубиковой у исследуемых бетонов не соответствует принятым в РФ и РА значениям. Предложена новая зависимость Rb=f(R).

3. Установлено, что скорость набора прочности полученными высокопрочными бетонами не соответствует принятой в России логарифмической зависимости. Рекомендовано применять принятую ЕКБ-ФИП с использованием предлагаемой зависимости для вычисления коэффициента k.

4. Впервые была получена и исследована экспериментальная диаграмма деформирования высокопрочного бетона, «b–b», на материалах РА с учётом нисходящей ветви. По результатам данных испытаний предложена новая зависимость для определения относительных деформаций в пиковой точке диаграммы, b0. Предложена новая зависимость для аналитического описания диаграммы «b–b» высокопрочных бетонов на материалах РА, показывающая хорошую сходимость с данными эксперимента для бетонов В70-В110.

5. Впервые выполнены экспериментальные исследования работы колонн из высокопрочного бетона на материалах РА под действием кратковременной сжимающей нагрузки. Установлено, что несущая способность стоек повышается с увеличением процента армирования. Степень влияния содержания арматуры в сечении на несущую способность уменьшается с ростом эксцентриситета.

Рост прочности колонн, вызванный увеличением количества продольной арматуры, происходит медленнее, чем рост процента армирования сечения. Рост эксцентриситета при увеличении гибкости в диапазоне от h=8 до h=25 приводит к большему ускорению снижения прочности колонн.

6. Установлено, что трещины в опытных железобетонных колоннах из высокопрочного бетона появлялись только при эксцентриситетах e0/h0,2. Относительный уровень трещинообразования Ncrc/Nult зависел от гибкости и процента армирования сечения. При увеличении гибкости наблюдалось снижение отношения Ncrc/Nult. Это вызвано тем, что снижение несущей способности с ростом гибкости происходит менее интенсивно, чем трещинообразующих усилий.

7. Установлено, что при сжатии опытных железобетонных колонн предельные деформации крайнего сжатого волокна высокопрочного бетона превышали соответствующие деформации в призмах. Разработана новая зависимость предельных деформаций крайнего сжатого волокна бетона от гибкости, относительного эксцентриситета внешней нагрузки и процента армирования сечения.

Повышение содержания арматуры стоек из высокопрочного бетона приводит к увеличению их прогибов и воспринимаемого сечением момента, 8. Предложена корректировка метода расчета по недеформированной схеме:

в формулу жесткости железобетонного элемента, необходимую для вычисления условной критической силы Ncr, добавлен эмпирический коэффициент, значение которого зависит от гибкости элемента, эксцентриситета приложения внешней нагрузки, процента армирования сечения и класса бетона. Для определения предложена новая формула.

9. Предложены корректировки формул для определения кривизны элемента в сечении с трещиной и без трещин. Поправочные эмпирические коэффициенты рекомендуется – определять по предложенным формулам. Предложенные корректировки снижают среднеквадратическое отклонение расчетной несущей способности от экспериментальной в 7 раз по сравнению с расчетом по нормам.

10. Предложена методика расчета внецентренно сжатых железобетонных элементов на основе нелинейной деформационной модели с использованием диаграмм состояния материалов, позволяющая получать результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными.

11. Установлено, что короткие стойки (h=8,33), сжатые с эксцентриситетом e0/h0,2, работают подобно призмам. Использование в расчете таких колонн экспериментальной диаграммы «b–b» обеспечивает совпадение с данными эксперимента. Увеличение относительного эксцентриситета до 0,5 и гибкости колонн приводит к снижению точности расчета с предлагаемой диаграммой.

Оптимальные значения деформаций b0 и b2 рекомендуется принимать в соответствии с разработанными данными.

Установлено, что результаты, максимально близкие к экспериментальным, были получены при расчете колонн по деформированной схеме в рамках расчета по предельным усилиям с учетом предлагаемых корректировок метода, а также при расчете по нелинейной деформационной модели с применением разработанной автором криволинейной диаграммы и предлагаемых значений относительных деформаций.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

- в 6 публикациях в изданиях, входящих в перечень ведущих периодических изданий ВАК РФ:

1. Мкртчян А.М., Аксенов В.Н. О коэффициенте призменной прочности высокопрочных бетонов // Эл. журнал «Инженерный вестник Дона». №3.

2013. URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1817.

Мкртчян А.М., Аксенов В.Н. Аналитическое описание диаграммы деформирования высокопрочных бетонов // Эл. журнал «Инженерный вестник Дона». №3. 2013. URL:

http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1818.

Мкртчян А.М., Аксенов В.Н., Маилян Д.Р., Блягоз А.М. Особенности конструктивных свойств высокопрочных бетонов // Новые технологии.

2013. №4. 2013.– Майкоп: изд-во ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2013.С.36-18.

4. Мкртчян А.М. Расчёт железобетонных колонн из высокопрочного бетона по недеформированной схеме // Научное обозрение. 2013. №11. С.

5. Мкртчян А.М. Сопротивление железобетонных колонн из высокопрочного бетона кратковременным нагрузкам // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. №5 (18). 2013. С. 98-103.

6. Мкртчян А.М., Маилян Д.Р. Влияние разных факторов на работу железобетонных колонн из высокопрочных бетонов // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. №5 (18). С. 104-112.

1. Mkrtchyan A.M., Mailyan D.R., Aksenov V.N. Experimental study of the structural properties of high-strength concrete // 5th International Scientific Conference “European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches”: Papers of the 5th International Scientific Conference. August 26–27, 2013, Stuttgart, Germany. 2013. P.81-87.

2. Mkrtchyan A.M., Mailyan D.R., Aksenov V.N. Experimental study of reinforced concrete columns of high-strength concrete // Applied Sciences and technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific findings: Papers of the 2nd International Scientific Conference (September 9–10, 2013). Cibunet Publishing. New York, USA. 2013. P.130-134.

3. Мкртчян А.М. К вопросу о получении диаграммы деформирования высокопрочного бетона // «Строительство – 2013»: мат-лы Междунар. научн.практич. конф. Ростов н/Д: РГСУ, 2013. С. 55-56.

4. Мкртчян А.М., Аксенов В.Н. Проектирование железобетонных конструкций из высокопрочного бетона // «Строительство – 2013»: мат-лы Междунар. научн.-практич. конф. Ростов н/Д: РГСУ, 2013. С. 56-57.

Подписано в печать 18.04.13. Формат 60x84/16.

Бумага белая. Ризограф. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 497/13.

Ростовского государственного строительного университета.

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая,