ФиброТрубобетонные конструкции

1
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ЛИТЕРАТУРА
1.
Пособие по проектированию железобетонных сборно-монолитных
конструкций. М., 1988.
2.
Я.Г.Сунгатуллин. Особенности расчета сборно-монолитных
железобетонных конструкций по первой группе предельных состояний.
Казань, 1981г.
3.
Я.Г.Сунгатуллин. Особенности проектирования сборно-монолитных
железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний.
Казань, 1983 г.
4.
В.Н.Фатхуллин В.Ш. Проектирование сборно-монолитных
железобетонных изгибаемых элементов. Казань, 1992г.
2
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общая характеристика. Примеры использования . Достоинства и
недостатки. Работа кафедры в этом направлении.
2. Особенности расчета. Сведения о теории составных стержней, области
применения, определение жесткости поперечных и сдвиговых
связей. Класс конструкций, рассчитываемых по теории.
Особенности статической работы конструкций. Выводы о работе
сборно-монолитной конструкции, как составной системы.
3. Расчет сборно-монолитных конструкций по действующим СНиП и
пособию.
Сборно-монолитные конструкции представляют собой рациональное сочетание сборного элемента
неполного поперечного сечения и монолитного бетона, укладываемого на месте эксплуатации и
дополняющего сечение до расчетного.
Основные преимущества:
•
Создание повышенной пространственной жесткости здания за счет замоноличивания узлов и
сопряжений;
•
Возможность использования ограниченной номенклатуры сборных элементов упрощенной
конструкции;
•
Сокращение расходов на создание базы стройиндустрии, сокращение инвестиционного цикла.
Недостатки:
•
Наличие мокрого процесса на строительной площадке, что ограничивает производство работ в
зимнее время.
•
Медленный набор прочности бетона при использовании традиционных вяжущих.
Оба недостатка могут быть сняты за счет обогрева и использования быстротвердеющих цементов.
3
КЛАССИФИКАЦИЯ СЕЧЕНИЙ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
4
РЕШЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ
5
РЕШЕНИЯ ПЕРЕКРЫТИЙ И ПОКРЫТИЙ
6
РЕШЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
7
РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ
8
РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ
9
РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ
10
РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ
11
РЕШЕНИЯ СТЫКОВ КОНСТРУКЦИЙ
12
К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТНЫХ ШВОВ
ПО ТЕОРИИ проф. А.Р.РЖАНИЦЫНА
13
  Òñ m/Ã,
Тс – сдвигающее усилие на 1 связь;
M – число связей на единицу длины шва;
Г – деформации взаимного сдвига смежных
волокон двух соседних стержней.
  S ñ m/Ý,
S – усилие (+ или -), приходящееся на 1
связь;
m – число связей на единицу длины шва;
Э – поперечные деформации взаимного
сдвига соседних слоев
РАЗНОВИДНОСТИ КОНТАКТНЫХ ШВОВ
14
СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТЕ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО
ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ
15
Расчет ведется в две стадии.
•
До приобретения монолитным бетоном заданной прочности;
•
После приобретения монолитным бетоном заданной прочности, т.е. при совместной работе его со
сборными элементами.
В обоих случаях расчет производится по действующим СНиП.
При этом в 1-й стадии расчета учитываются нагрузки, возникающие в период возведения (собственный вес
сборного и монолитного бетонов, временная нагрузка, передаваемая на конструкцию во время
возведения). Во 2-й стадии расчет производится на действие эксплуатационных нагрузок.
Расчет по первой группе предельных состояний.
Особенность заключается в том, что, если в сжатую зону попадают бетоны разных классов, в расчет они
вводятся со своими расчетными сопротивлениями. При определении характеристик сжатой зоны по
формуле   0.85  0.08 Rb
 Rbj S j
Rb 
S
Rbj
- расчетное сопротивление сжатию j-го слоя бетона соответствующего класса;
S j , S - соответственно статические моменты сопротивления j-го слоя бетона и всего сечения
относительно оси, проходящей по центру тяжести крайнего растянутого стержня арматуры.
К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ ПО СЕЧЕНИЯМ, НОРМАЛЬНЫМ К
ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
16
К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЙ, НАКЛОННЫХ К ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ
ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
17
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТНЫХ ШВОВ
18
F  Fsh
F – сдвигающее усилие в шве от внешней нагрузки;
Fsh – предельное сдвигающее усилие, воспринимаемое швом.
F
M  M sw
Z
Z – плечо внутренней пары продольной силы в наклонном сечении.
Принимается равным 0.9ho;
М – момент от внешней нагрузки в нормальном сечении,
проходящем через конец наклонного сечения у сжатой грани
элемента;
Мsw – момент, воспринимаемый поперечной арматурой в
наклонном сечении.
2
M sw 
q sw C
2
Fsh  Rsh bsh l sh
Rsh – суммарное расчетное сопротивление сдвигу шва;;
bsh – расчетная ширина поверхности сдвига;
Lsh - расчетная длина поверхности сдвига.
Rsh  Rshb  Rshs  Rshn
Rshb – сопротивление шва сдвигу за счет сцепления,
механического зацепления и обжатия бетона;
Rshs – то же за счет работы на срез поперечной арматуры,
пересекающей шов;;
Rshn – сопротивление шва сдвигу за счет работы поперечных
шпонок..
ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА
19
•Фибробетон, как и традиционный бетон, представляет собой
композиционный
материал,
включающий
дополнительно
распределенную в объеме фибровую арматуру.
•Главными показателями свойств у фибробетонов можно считать
следующие:
-прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе;
-начальный модуль деформаций;
-морозостойкость;
-водонепроницаемость;
-истираемость;
-ударную прочность (вязкость).
-Установлены следующие области рационального применения
фибробетонов:
-монолитные конструкции и сооружения (автомобильные дороги,
перекладка покрытия, промышленные полы, выравнивающие
полы, мостовые настилы, ирригационные каналы, взрыво- и
взломоустойчивые сооружения, водоотбойные дамбы, огнезащитная
штукатурка,
емкости
для
воды,
обделки
тоннелей,
пространственные покрытия и сооружения, оборонные сооружения,
ремонт монолитных конструкций полов, дорог и др.);
- сборные элементы и конструкции (железнодорожные шпалы,
трубопроводы, склепы, балки, ступени, стеновые панели,
кровельные панели и черепица, модули плавающих доков, морские
сооружения, взрыво- и взломоустойчивые конструкции, плиты
аэродромных, дорожные, тротуарных покрытия и креплений
каналов,
карнизные
элементы
мостов,
сваи,
шпунт,
обогревательные элементы, элементы пространственных покрытия
и сооружений, уличная фурнитура.
-В Москве организовано опытное производство фибры из
полипропилена на Московском нефтеперерабатывающем заводе.
Стальные фибры
1 –фибра ВНИИМЕТИЗ, Магнитогорск;
2 – фибра калибровочного завода
г.Магнитогорск;
3 – фибра ОАО «Диона», г.Москва;
4 – фибра НПО «Волвек Плюс»,
г.Челябинск;
5 – фибра Dramix, Бельгия;
6 – фибра Mannesmann Handel,
Германия;
7 – фибра Harex, Германия
ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ
XXI ВЕКА
Литература:
20
1. СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции». М., ГосСтрой России. ГУА НИИЖБ, 2006, 80
с.
2. РТМ-17-01-2002. Руководящие технические материалы по проектированию и применению
сталефибробетонных строительных конструкций. М., ГосСтрой России. ГУП НИИЖБ, 2005, 73 с.
3. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. М., 2004.
Фибробетон - разновидность железобетона, дисперсно-армированная различными высокопрочными
модифицированными волокнами (стальными и не стальными).
Можно выделить три основных разновидности дисперсно-армированного бетона:
- сталефибробетон (стальные фибры);
- фибробетон с минеральными волокнами (стекловолокно, базальт);
- фибробетон с синтетическими волокнами (полипропилен, нейлон, полиэфир, акрил, углеводные и
др.)
Дисперсно-армированные бетоны прочно и устойчиво завоевывают свое место в различных областях
строительства (табл. 1), благодаря непревзойденным показателям по прочности, долговечности,
износостойкости, водонепроницаемости, трещиностойкости, ударной вязкости, выносливости,
морозостойкости.
Формы сечения и средняя
длина основных типов
стальных фибр
ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА
Область применения сталефибробетона в строительных конструкциях зданий и сооружений
Монолитные конструкции и сооружения
Сборные элементы и конструкции
Автомобильные дороги
Железнодорожные шпалы
Перекладка покрытия
Элементы труб
Промышленные полы
Склепы
Выравнивающие полы
Балки
Мостовые настилы
Ступени
Ирригационные каналы
Стеновые панели
Взрыво- и взломоустойчивые сооружения
Кровельные панели и черепица
Водоотбойные дамбы
Модули плавающих доков
Огнезащитная штукатурка
Морские сооружения
Емкости для воды и др. жидкостей
Взрыво- и взломоустойчивые конструкции
Обделки тоннелей
Плиты аэродромных, дорожных, тротуарных покрытий
и креплений каналов
Пространственные покрытия и сооружения
Карнизные элементы мостов
Оборонные сооружения
Сваи, шпунт
Малоэтажные жилые здания
Обогревательные элементы
Каркас и элемент зданий
Элементы пространственных покрытий и сооружений
Уличная фурнитура
21
ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА
Сравнительная характеристика эксплуатационных свойств
обычного бетона и фибробетона
22
ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА
23
Сталефибробетон
Стальную фибру производят следующими способами:
- резкой из тонкой проволоки;
- резкой из тонкого стального листа;
- фрезированием слябов;
- вытяжкой из расплава.
Размеры фибры - от 0,2 мм до 2,0 мм в диаметре от 5 мм до 160 мм в длину, наиболее употребляемые
12,7 - 63,5 мм. Прочность на растяжение стальной фибры в зависимости от вида колеблется от 400 до
1360МПа. Расход стальной фибры в зависимости от толщины и назначения конструкции на 1 м3 бетона
составляет от 20 до 240 кг (наиболее употребительный расход 80-120 кг, для дорожных и аэродромных
покрытий - 40-120 кг/м . Объемное рациональное содержание 0,5 - 2%.
Для увеличения сцепления между стальными фибрами и бетоном рекомендуются волокна
периодического профиля, с рельефной и деформированной поверхностью, различной формы сечений,
гнутые волокна, с отгибами на концах, с различными анкерами и т.д.
Сталефибробетон по сравнению с неармированным бетоном имеет ряд преимуществ:
- повышение прочности при сжатии до 25%;
- повышение прочности на растяжение при изгибе до 250%;
- повышение прочности при осевом растяжении до 60-80%;
- повышение сопротивления удару до 10-12 раз;
- повышение модуля упругости до 20%;
повышение долговечности конструкций и увеличение межремонтного цикла при их эксплуатации в 1,8
- 2,0 раза;
- повышается
морозостойкость,
водонепроницаемость, сопротивление знакопеременным
температурам, сопротивление абразивному износу и др.;
- фибровое армирование придает бетонной матрице пластический характер и повышенную
трещиностойкость.
ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА
24
Сведения о расчете
(по СП-52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции)
Сталефибробетонные конструкции в зависимости от их армирования подразделяются на конструкции
- только с фибровым армированием;
- с комбинированным армированием фиброй в сочетании со стержневой или проволочной
арматурой.
Вид армирования следует принимать в соответствии с требованиями нормативов. Там же приводятся
методика расчета сталефибробетонных элементов и конструкций. Приводимые расчетные схемы и подход к
расчету близок к железобетону.
Рассмотрим расчет изгибаемых элементов по I группе предельных состояний (по прочности сечений,
нормальных к продольным).
Расчетная схема элемента с фибровым армированием
.
Характеристики расчетной схемы:
- геометрические характеристики b, h, x, z;
- физические характеристики Rfbt, Rfb ;
- статические
- статические:
 M x  0;
 N y  0;
 M x  0; M  M ñå÷
 N y  0; N fb  N fbt  0
ФИБРОБЕТОН – МАТЕРИАЛ XXI ВЕКА
25
О физико-механических характеристиках материала
R fbt  f ( Rbt , 
и др. факторы).
При выборе Rfbt, рассматриваются два возможных случая разрушения материала при растяжении.
Критерием является параметр λ, характеризующий соотношение длины фибры (Lf) и ее заделки в бетон:
 f ,àí 
При соотношении 
f ,àí
d f ,red R f , ser
Rb, ser
 f имеем 1-й случай: сопротивление разрушению исчерпывается из-за отрыва

2
некоторого количества фибр и выдергивается из остальных.


 l f ,àí 
2
  0.1Rb (0.8  2  fv  0.005 )
Тогда
R fbt  mt  K T K or
 fv R f 1 

l f 



m t - коэффициент условия работы и т.д. (см. [1]).
При соотношении  f ,àí 
f
2
имеем 2-й случай, характеризующий исчерпание сопротивления растяжению
фибробетона выдергиванием условно всех фибр из бетона..
R fbt
2


K or
 fv l f
 m 2 Rb  K T
 0.08  0.5 fv 
8d f ,red


.
Сопротивление фибробетона сжатию определяется по формуле:
Rbt  Rb  ( K n2 f  fv R f )
Анализ формулы показывает, что сопротивления фибробетона растяжению и сжатию зависят от соответствующих
прочностных характеристик бетона, сопротивления растяжению материала фибр, коэффициента армирования и др.
параметров, формулы которых приводятся в СП, но объяснить физическую их суть невозможно.
ТРУБОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
26
Трубобетон - разновидность железобетона, в котором в качестве арматуры используется материал трубы,
увеличивающий несущую способность конструкции за счет сдерживания поперечных деформаций бетона
(эффект обоймы) и работы на сжатие.
Трубобетонные элементы используются в основном в конструкциях, работающих на сжатие.
Передача сжимающих усилий может производиться как на бетон, так и на трубу.
т.е. бетон
работает в условиях
всестороннего сжатия
Труба, работая как обойма, в несколько ( до 5-ти) раз повышает несущую способность бетона:
Rb*  Rb  4.16m
Оценка несущей способности трубобетонного элемента производится по зависимости N  Rb F   T Fa
k 1
k - эффективность обоймы.
где а - коэффициент использования обоймы   1 
3
Величина не постоянная, а зависящая от толщины стенки трубы, коэффициента армирования, диаметра и др.
факторов.
Эффективность трубобетонных конструкций с использованием в качестве колонн многоэтажных
каркасных зданий:
 отсутствие армирования стержневой арматурой как продольного, так и поперечного направления;

прочность бетона внутри трубы повышается;

высокая скорость возведения элементов каркаса здания из трубобетона, которая превосходит в 3-4 раза
аналогичную с применением классической щитовой опалубки (в итоге сроки строительства объекта
сокращаются в 1,5-2 раза, а себестоимость на 25-30%);

стальная труба позволяет производить последующий монтаж опалубки сразу после укладки бетонной смеси
без достижения бетоном прочности, необходимой для разопалубки. Возведение зданий с использованием
трубобетонных конструкций относят к технологии экспресс-возведения. Безусловно, не все «безоблачно».
Например, обеспечение совместной работы бетона и опалубки ( может быть напрягают не цементы?).