Материал: Студент и наука. Драпалюк Н.А., Хахулина Н.Б

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

Ю.С. Коровкина, Ю.А. Зубахина, Д.А. Драпалюк

КОСВЕННОЕ АРМИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОПЕРЕЧНЫМИ СЕТКАМИ

Аннотация. Рассматриваются вопросы конструирования и уточнения расчета центрально сжатых железобетонных элементов изогнутой продольной арматурой с учетом экспериментальных данных.

Ключевые слова: изогнутая арматура, железобетонные элементы, расчет сжатых железобетонных элементов, арматурный каркас, косвенное армирование.

Yu.S. Korovkina, Yu.A. Zubakhina, D.A. Drapaliuk

INDIRECT REINFORCEMENT OF REINFORCED CONCRETE ELEMENTS WITH

TRANSVERSE MESHES

Introduction. The issues of designing and refining the calculation of centrally compressed reinforced concrete elements with curved longitudinal reinforcement, taking into account experimental data, are considered.

Keywords: curved rebar, reinforced concrete elements, calculation of compressed reinforced concrete elements, reinforcement frame, indirect reinforcement.

Сетки радиального типа.

Значительные исследования бетонных и железобетонных элементов при действии осевой сжимающей нагрузки осуществил О.Я. Берг [6,7,8].

Микроскопическое исследование опорных площадок бетонных кубиков, подвергшихся действию сжимающей силы, обнаружило развитие системы трещин, расположенных по концентрическим окружностям; эти трещины пронизывают все тело кубика.

На конечной стадии разрушения физически существует только один вид разрушения — разрыв с распадением образца на части. Опыты показали, что при этом прирост поперечной деформации на каждой ступени нагрузки достигает половины величины прироста

армирование сетками, что повышает несущую способность железобетонной колонны и увеличивает ее долговечность.

В теоретическом обосновании О.Я. Берг исходил из условия, что к сжимаемому продольной нагрузкой бетонному элементу с напряжением σ1приложены по боковым его

© Коровкина Ю.С., Зубахина Ю.А., Драпалюк Д.А., 2021

66

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

граням внешние сжимающие напряжения σ2 и σ3, равные сопротивлению бетона отрыву и препятствующие поперечным деформациям бетона.

Для железобетонных элементов с косвенным армированием сетками внешние напряжения (σ2 и σ3) заменяем внутренним усилием в виде сопротивления сетки, препятствующей поперечным деформациям бетона, возникающим под действием продольного сжимающего усилия N.

Сетка радиального типа (рис. 1) состоит из двух концентрических колец и радиальных стержней (или шпилек), приваренных к кольцам. Такая сетка надежно скрепляет все поперечное сечение железобетонного элемента, оказывая сопротивление поперечным деформациям бетона при действии осевой сжимающей нагрузки, и повышает несущую способность эксплуатационного элемента на осевое сжатие.

Рис. 1. Сетка радиального типа

Влияние поперечных деформаций бетона при действии осевой сжимающей нагрузки сказывается на элементах сетки следующим образом: кольца подвергаются растяжению, а радиальные стержни, приваренные к кольцам, препятствуют увеличению диаметра колец при их растяжении и оказывают сопротивление сцеплению с бетоном.

При предельной нагрузке коэффициент поперечной деформации будет увеличиваться по сравнению с υ = 0,5 вследствие образования и развития продольных трещин. Такой характер разрушения опытных образцов наблюдался в опытах О.Ф. Виноградовой, когда при предельной нагрузке наружные кольца разрывались, и образцы полностью разрушались [9].

Процесс разрушения железобетонных образцов с косвенным армированием сетками, состоящими из колец и радиальных стержней, под действием осевой возрастающей нагрузки протекает в такой последовательности: вначале под небольшой нагрузкой в бетоне

возникают упругие деформации, меньшие б 1/ 5000 , затем с увеличением нагрузки

появляются микротрещины, переходящие в макротрещины, и наконец, при достижении в арматуре колец предела текучести стали преодолевается сопротивление бетона на отрыв с образованием продольных трещин и железобетонный элемент полностью разрушается.

Опыты О.Ф. Виноградовой выявили особенности работы сеток радиального типа под нагрузкой с повышением коэффициента υ с 0,5 до 0,7. Из результатов определения деформаций в опытных образцах можно сделать следующие выводы:

1.Абсолютные величины деформаций бетона в момент достижения разрушающей нагрузки незначительны.

2.При таких деформациях в опытных образцах не возникали трещины вплоть до разрушающей нагрузки.

3.Естественным являлось сохранение защитного слоя бетона до достижения предельной нагрузки.

Характер разрушения образцов в опытах О.Ф. Виноградовой был хрупкий — мгновенный.

О.Ф. Виноградовой были проведены экспериментальные исследования как по выбору наиболее рационального типа сеток, так и по обоснованию самого целесообразного расположения их вдоль центрально-сжатого железобетонного элемента.

67

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

В 1968—1969 гг. в лаборатории НИИ мостов ЛИИЖТа она исследовала [9] образцыпризмы (15х15х60см) с продольной арматурой и сетками, расположенными с шагом 8, 12 и 16 см (рис. 2). Все образцы были изготовлены из бетона марки 400. Кроме того, были изготовлены бетонные кубики (20х20х20 см) и призмы (15х15х60 см) для контроля Rкубн и Rпрн . Продольная арматура в образцах состояла из четырех стержней диаметром 12 мм (сталь

класса А-II), арматурасеток — из стали марки Ст. 3.

Рис. 2. Образцы сеток О.Ф. Виноградовой в моделях серии VII-XI

Результаты испытаний образцов по опытам О.Ф. Виноградовой приведены в таблице: Результаты испытаний образцов по опытам О.Ф. Виноградовой

Влияние шага сеток на величину разрушающей нагрузки иллюстрируется рис. 3.

68

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

Рис. 3. График изменения разрушающей нагрузки при различном шаге сеток

Рассмотрение данных таблицы 1.2 позволяет сделать некоторые выводы:

1.Среднее значение разрушающей нагрузки изменяется от 101,6 до 105 тс, т.е. не превышает 3,4%.

2.Уменьшение шага сеток вдвое — с 16 до 8 см — повысило разрушающую нагрузку только на 1,7 тс (на 1,7%), а расход косвенной арматуры увеличился в два раза, т. е. на 100%. При шаге сеток 12 см разрушающая нагрузка осталась почти такой же, как и при шаге 16 см (увеличение на 0,7 тс). Применение в рассматриваемых опытах бетона одной и той же марки, продольной арматуры из четырех стержней и одинаковых сеток во всех сериях позволило установить, что при шаге сеток 16 см разрушающая нагрузка несколько уменьшилась по сравнению с образцами, имевшими шаг 8 и 12 см.

В опытах О.Ф. Виноградовой при предельной нагрузке наружные кольца разрывались,

вбетоне появлялись трещины и наступало общее разрушение образцов. В процессе испытания всех образцов защитный слой бетона сохранялся до момента разрушения (рис. 4). Трещины в бетоне также не образовывались до предельной нагрузки.

Рис. 4. Разрушение образца армированного сетками радиального типа

Проведенные О.Ф. Виноградовой экспериментальные и исследования выявили целесообразность увеличения шага сеток против величины 8 см по действующим

69

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

нормативным документам, а также показали преимущества сеток с кольцами и радиальными стержнями по сравнению с сетками В.П. Некрасова и др.

Сетки ортогонального типа (сетки Некрасова)

В.П. Некрасов, касаясь целесообразности и эффективности косвенного армирования для повышения прочности бетона на сжатие, высказывался так: «Всякие препятствия поперечным расширениям бетона должны увеличивать его сопротивляемость сжатию» [2, с. 32]. Им были предложены сетки (рис. 5), состоящие из двух рядов стержней, расположенных перпендикулярно друг другу. Целесообразность таких сеток он выражает следующими словами: «Расположение сеток, показанное на фиг. 19 (рис. 5), с моей точки зрения будет идеальным. Здесь расстояния между сетками по высоте равны расстояниям между прутками в плане. При этом бетон будет разбит сеткой на мелкие кубики и, следовательно, насыщение, пронизывание бетона элементами поперечной арматуры будет идеальным» [2, с. 89].

а – фасад, б – план Рис. 5. Сетка В.П. Некрасова

Сетки типа, предложенного В.П. Некрасовым, нашли применение в различных элементах железобетонных конструкций, хотя они оказались не идеальными. В книге П.Ф. Дроздова [12, с. 160] сообщается, что в Москве косвенное армирование было применено для колонн длиной 310 см в 14-этажном доме под нагрузку 60 МН. Сетки армирования состояли из шести стержней диаметром 12 A-III (в каждом из двух взаимно перпендикулярных направлений); продольная арматура — из 6 28 A-III и 4 25 А-Ш. Шаг сеток s = 10 см.

Применялись также сетки иного типа. Например, в колонне сечением 50 х 70 см были поставлены сетки (рис. 6), образованные в каждом из двух рядов непрерывной проволокой диаметром 8 мм, изогнутой зигзагообразно с закруглениями по полуокружности [10].

Рис. 6. Сетка из непрерывной проволоки в каждом ряду

Внутренняя обделка тоннеля Бильдшток в Саарской области [11, с. 31] состояла из клинообразных железобетонных блоков 16X50X80 см (16 — ширина обделки, 50 — ее толщина, 80 — длина). Каждое кольцо обделки состояло из 178 блоков, а всего их было уложено 50 тысяч. Косвенная арматура представляла собой два перпендикулярных ряда проволоки диаметром 6 мм (рис. 7).

70