Тема: Повышение эффективности конструкций в каркасно-монолитных зданиях путём регулирования упругих свойств тяжелого бетона

В настоящее время тяжелый бетон является одним из наиболее распространенных строительных материалов и широко используется как в монолитных, так и в сборных бетонных и железобетонных конструкциях. Вместе с тем деформативные свойства бетонов изучены не до конца из-за большого многообразия зависимостей и уравнений, полученных в ходе исследований в данной области. Необходимые для проектирования элементов конструкций расчетные характеристики не имеют достаточно полного обоснования. Преимущества бетона перед другими материалами способствовали его быстрому и повсеместному применению до того, как технические качества были надлежащим образом изучены.
Так, модуль упругости, как одна из деформативных характеристик бетона, определяет упругие деформации бетона под нагрузкой. Чем выше модуль упругости, тем меньше при данной нагрузке будет относительная деформация. Однако прогнозирование значения модуля упругости цементных композитных материалов является непростой задачей. Его оценка может привести к обнаружению новых методов повышения модуля упругости и получения высокомодульных композитов, что позволит повысить техническую и экономическую эффективность строительных конструкций из бетона, особенно пролётных.
В качестве одного из методов повышения экономической эффективности может быть рассмотрен вариант армирования пролетных конструкций композитной арматурой, применение которой в последние годы в строительной науке и практике активно развивается. В бетонных конструкциях армирование из полимерных композитов выполняет функцию рабочих стержней. Одновременное повышение и прогнозирование точных значений модуля упругости бетона и исследование поведения изгибаемых элементов с композитной и стальной арматурой из бетонов с повышенным модулем упругости может дать серьезный экономический эффект и качественно новый скачок развития в данной области.
Актуальность темы исследования:
На данный момент актуальным является вопрос повышения модуля упругости тяжелого бетона для увеличения трещиностойкости и уменьшения прогибов изгибаемых элементов конструкций зданий и сооружений. Поскольку современные нормативы на проектирование конструкций построены по принципу расчета по предельным состояниям, то часто встречаются случаи, когда пролетная конструкция удовлетворяет требованиям по I предельному состоянию (требования прочности), но не удовлетворяет требованиям по II ПС (требования по наличию или ширине раскрытия трещин, величине прогиба). В таком случае приходится увеличивать класс бетона или использовать дополнительное армирование, что значительно увеличивает расходы в строительстве.
Что касается использования композитной арматуры, то это так же актуальный вопрос, потому что стоимость композитной арматуры значительно ниже стоимости стальной, это без учета неочевидной экономии ресурсов на погрузке, доставке и других строительных процессах за счет низкого веса композитной арматуры. Поэтому вопрос применимости стеклопластика в качестве рабочих стержней армирования в изгибаемых элементах без потери эксплуатационных качеств конструкции много рассматривается современными учеными.
Таким образом, комбинирование бетонов с повышенным модулем упругости и разными вариантами армирования в таких случаях решает несколько проблем:
• экономическую - снижение затрат на дополнительное армирование и увеличение класса бетона, так же возможность использования арматуры меньшего диаметра или с большим шагом рабочих стержней;
• техническую.
На основе вышесказанного, можно сделать вывод, что исследование в области
увеличения модуля упругости и применение стеклопластикового армирования в изгибаемых элементах может привести к созданию модели, которая объединяла бы простые технологические приемы в управлении упругостью, что позволило бы нормировать модуль упругости товарного бетона как мгновенный, так и длительный, а так же совершенствованию модели расчета изгибаемых элементов
с композитным или комбинированным армированием и введением такой практики в промышленное и гражданское строительство.
Предмет исследования:
Модуль упругости E, имеющий размерность [МПа], и выражающий способность материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации.
Объект исследования:
Объектом исследования магистерской диссертации являются изгибаемые железобетонные элементы.
Методы исследования:
В работе используются такие методы как анализ литературы, моделирование, сравнение и эксперимент.
Структура и объем диссертации:
Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы, включающего 41 наименование. В работе приведены 84 рисунка и 22 таблицы.

Купить

1. В результате проведенной аналитической и экспериментальной работы подтверждена возможность и эффективность регулирования модуля упругости тяжелого бетона с постоянным классом прочности в пролетных конструкциях.
2. Экспериментально подтверждено, что путем регулирования состава бетонной смеси, модуль упругости может быть повышен на 10-20%, а снижение пластических деформаций происходит на 20% и более. Самым эффективным способом повышения модуля упругости при сохранении класса бетона по прочности оказалось сочетание увеличения крупности заполнителя со снижением расхода цемента и пластификацией смеси путем применения большего количества поверхностно-активной добавки. Для бетона класса В25 табличное значение начального модуля упругости составляет 30000 МПа, при увеличении крупности заполнителя, можно говорить об увеличении начального модуля упругости до 33000 - 35000 МПа.
3. При определении модуля упругости методом изгиба выявлено значительно меньшая доля пластических деформаций на стадяих выдержки по сравнению со сжатием. Метод изгиба для определения модуля упругости выглядит перспективно в связи с простотой и оперативностью. Это закладывает возможность нормирования модуля упругости товарных бетонов и основ расчета состава бетонной смеси по заданному модулю упругости. Разработка методов простого и оперативного контроля модуля упругости бетонов позволит эффективно нормировать деформативные свойства бетона в проектах и обеспечить соблюдение этих норм, что в свою очередь позволит обеспечивать минимальные затраты уже на стадии проектирования.
4. Экспериментально подтверждено, что прогиб балок со стальной арматурой из бетона с повышенным модулем упругости снижается примерно на 30% по сравнению с заводским бетоном, у балок, армированных СПА прогиб снижается на 15-20%. Также у балок из бетона с модулем упругости 33000 МПа предел трещинообразования в 1,3 - 1,5 раза выше, чем у балок из Лист 08.04.01.2021.080. ПЗ КНР 128

обычного тяжелого бетона класса В25. Повышение модуля упругости на 10% приводит к увеличению предела трещиностойкости на 30-50%. Смещение предела трещинообразования у бетона с повышенным модулем упругости говорит о возможном увеличении сопротивления бетона растяжению. Напряжения в момент трещинообразования в стальной арматуре при улучшенном бетоне в 2 раза выше, чем для стандартного бетона. Для стеклопластиковой арматуры эти напряжения в 2,7 раза выше. Относительные деформации сжатой зоны бетона при армировании стеклопластиком в 1,7 раз выше, чем при армировании стальными стержнями для обычного бетона и в 2 раза выше для улучшенного. Для балок со стальным армированием из улучшенного состава относительные деформации сжатой зоны бетона в момент трещинообразования в 1,5 раза выше, чем для обычного бетона. Для стеклопластика то же составляет 1,85 раз.
5. Из сравнения экспериментальных данных и результатов моделирования становится очевидным тот факт, что расчет выполняется с достаточным запасом. Расчетный прогиб со стальным армированием превышает фактический в 2,4 раза, со стеклопластиковым более чем в 5 раз.
6. Апробация повышения моделя упругости в расчете плиты перекрытия жилого дома показала, что повышение модуля упругости бетона на 10% позволяет снизить площадь полей с максимальным армированием на 3%. Замена стальной арматуры на композитную позволило сэкономить 6,8 тонн арматурной стали, при экономии 157,9 тыс.руб. на перекрытие и 3,47 млн.руб. на секцию жилого дома.

Купить