Бакиров К.К., к.т.н., ассоц. профессор Каз ГАСА, академик МАИН, Казахстан

ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО АРМИРОВАНИЯ НА СТЕПЕНЬ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАТИВНОСТИ БЕТОНА

Аннотация

На основании экспериментального исследования сжатых железобетонных элементов установлено, что с увеличением процента продольного и поперечного армирования повышается прочность и деформация бетона.

Ключевые слова: железобетон, поперечное армирование сварными сетками, деформация, высокопрочная арматура.

Исследования в нашей стране и за рубежом показали, что поперечное армирование повышает прочность и деформативность сжатых железобетонных конструкций. Для выявления степени повышения прочности и деформативности железобетонных конструкций было проведено данное исследование. Все опытные образцы имели квадратное сечение 30×30 см и длину 120 см, призменная прочность бетона находилась в пределах 392 - 488 кгс/см². Высота колонн была назначена, для уменьшения влияния гибкости элементов на их несущую способность, равной 120 см. С целью соответствия заводским условиям изготовления реальных конструкций, все опытные образцы подвергались предварительной термообработке. Продольная арматура была принята из сталей классов А-III, Ат-V и Ат-VI. Для стержней сеток поперечного армирования была применена наиболее употребляемая в практике строительства арматурная сталь класса А-III. Во всех опытных образцах сетки поперечного армирования размером 27×27 см имели одинаковые ячейки 5,4×5,4 см. В образцах варьировался коэффициент как продольного так и поперечного армирования. Для получения сопоставимых данных также были изготовлены опытные образцы с обычными хомутами.

Сборку арматурных каркасов производили в специальном кондукторе. Продольные стержни проходили через 4 угловые, а при восьми стержнях – и через промежуточные ячейки сеток. Затем их пропускали через раззенкованные отверстия торцевых металлических пластин толщиной 10 мм и заваривали. Это дала возможность точно фиксировать расположение продольной арматуры и поперечных сеток в сечении. Сетки крепили к стержням продольной арматуры путем привязки отожженной проволокой.

При испытании образцов нагрузка прикладывалась этапами, равными 10% от разрушающей. Для более точного определения несущей способности при достижении нагрузок 0,7-0,8 N_p этапы уменьшали вдвое. На каждом этапе осуществляли выдержку в течении 10 минут. Отсчеты по приборам снимали до и после выдержки.

Рис. 1 Конструкция опытных образцов

Во время испытания колонн замеряли продольные и поперечные деформации бетона тензорезисторами с базой 50 мм, наклеенными на всех гранях. Так как перед разрушением колонн защитный слой бетона с наклеенными тензорезисторами мог отслоиться, замеры продольных и поперечных деформаций дублировали мессурами (с ценой деления 0,01 мм) на базе соответственно 60 и 24 см.

Мессуры крепили к стержням сеток поперечного армирования. Крепления были изолированы от бетона защитного слоя с тем, чтоб его отслоение не повлияло на измерение деформаций. Отсчеты по мессурам снимались вплоть до разрушения опытных образцов.

Деформация продольных стержней арматуры и стержней сеток замеряли тензорезисторами с базой 20 мм.

Для выявления эффекта поперечного сетчатого армирования и степени использования высокопрочной продольной арматуры опытные образцы имели гибкость λ = ℓ_p/h = 4,7.

Перед разрушением образцов с косвенным армированием бетон защитного слоя отслаивался и разрушающую нагрузку воспринимало ядро сечения, т.е. сечение образца, заключенное в пределах осей крайних стержней сеток. Поэтому фиксировалась гибкости по полному сечению и гибкость элементов в момент разрушения, определенная как отношение расчетной длины колонны к высоте сечения ядра.

Рис. 2. Общий вид опытных образцов после испытания

Характер разрушения образцов зависел от наличия сеток косвенного армирования. Разрушение центрально сжатых коротких колонн с хомутами наступило, как обычно, сразу вслед за появлением видимых продольных трещин и происходило по наклонному сечению, процесс разрушения колонн с косвенным армированием был более длительным. Центрально сжатые образцы разрушались по всем четырем граням при значительном развитии деформаций бетона ядра сечения.

Следует отметить, что величина зоны разрушения опытных образцов зависела от класса стали продольной арматуры. В образцах с арматурой из стали класса А-III она имела меньшую протяженность, чем с высокопрочной. Это способствовало тому, что в колоннах с высокопрочной арматурой деформации при разрушении были больше, а характер разрушения более плавным.

Поперченные трещины на растянутой грани проходили на уровне сеток косвенного армирования.

Прочность сечения центрально сжатых элементов вычислялась по формуле

(1)

где

Обработка экспериментальных данных показала, что опытные значения k хорошо описывается зависимостью:

(2)

где R_b – призменная прочность бетона, кгс/см²; 100- в кгс/см².

Результаты экспериментального исследования показали, что с увеличением процента поперечного и продольного армирования повышалась и предельная деформация бетона.

Выводы

Поперечное армирование, повышая деформативность тяжелого бетона, позволяет использовать высокопрочную стержневую арматуру на сжатие вплоть до напряжений, соответствующих условному пределу текучести.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ахвердов И.Н., Лукша Л.К. О характере разрушения бетона при различных напряженных состояниях. Ж. «Бетон и железобетон», №7, 1964.

2. Виноградова О.Ф. Экспериментальные исследования центрально сжатых железобетонных элементов с косвенным армированием сетками нового типа. В сб. трудов ЛИИЖТа, выпуск 350 «Вопросы проектирования и эксплуатации мостов и тоннелей». Л., 1973.

3. Бакиров К.К., Чистяков Е.А. Работа сжатых железебетонных элементов с поперечным сетчатым армированием. Материалы международной конференции «Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций». Вып.9, Алматы, КазГАСА, 2005

4. Бондаренко В.М. Железобетонные и каменные конструкции. М.: ВШ 2008.

5. Salani H.G. and Sims J.R. Behavior of Mortan Filled Steel Tubes in Compression. J.Amer. Conor. Inst, 1964, vol.61, 10.

6.Weigler H. und Henzel J. Untersuchungen üoer die Tragfähigkeit netzbewehrten Betonsäulen. Mitteilungen aus dem Institut für Massivbau. Hert 6, 1964.