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

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

Рис. 7. Сетки в блоках обделки тоннеля

М. Консидер в своей статье («Цемент», 1903, с. 153) рассматривал работу поперечных сеток из проволок без продольной арматуры. Относительно этой статьи В.П. Некрасов высказывался весьма критически в своей книге [2]. Некоторые его суждения представляются важными и не потеряли значения до настоящего времени. Так, например, он пишет: «Сила сцепления здесь пропорциональна не только поверхности соприкасания, но еще и силам давления, пропорциональным осевому сжатию бруса» [2, с. 93].

Рассматривая сетку с перпендикулярно расположенными друг к другу стержнями, В.П. Некрасов высказывается так [2, с. 88]: «Если же возьмем радиальное направление из центра на угол, то этому радиальному направлению расширений будут одинаково препятствовать и связи а —а, и связи б —б», т. е., иначе говоря, — стержни обоих направлений. Если это положение распространить на любую ячейку сетки, то радиальным деформациям бетона от центра к точкам пересечения стержней ячейки будут препятствовать стержни как одного направления, так и второго, перпендикулярного первому, что, следовательно, и создает условия, обеспечивающие одинаковую работу под нагрузкой всех стержней сетки.

Особое внимание В.П. Некрасов уделил роли поверхности сцепления стержней сетки и бетона [2, с. 94]. При уменьшении диаметра стержней сетки и сохранении общего веса увеличивается поверхность их соприкасания с бетоном.

Опыты В.П. Некрасова интересны в отношении влияния особенностей косвенного армирования на разрушающую нагрузку при использовании проволоки небольшого диаметра и малом шаге расположения сеток.

Картина разрушения армированных ортогональными сетками кубиков, по опытам В.П. Некрасова, резко отличалась от картины разрушения бетонных кубиков [2, с. 147—148]. Как пишет В.П. Некрасов: «Все признаки пластичности бетона в образцах с арматурой оказались налицо. Простой бетон разрушался внезапно...» И далее: «Бетонная масса кубика сохранила вполне плотную консистенцию, ни о каком разрушении в глубину нет и речи». И еще: «На поверхности кубика видны концы связей, коими сковывается совершенно плотная бетонная масса» [2, с. 148]. Таким образом, очевидно, что частое расположение сеток изменяет характер разрушения, сохраняя в образцах форму кубика.

В отношении состояния проволок сеток при достижении предельной нагрузки В.П. Некрасов пишет, «что проволоки были порваны, причем некоторые на две, а другие — на три части» [2, с. 121]. Так как разрыву проволок должно было предшествовать достижение в них предела текучести металла, т. е. образование шеек, то, как он отмечает [2, с. 122], «такие шейки были заметны на многих проволоках образца, причем на одной проволоке по нескольку сразу, иногда на расстоянии сантиметра одна от другой».

В.П. Некрасов высказывает сожаление о том, «что, начиная от опытов Консидера и кончая всеми последующими, иногда очень обстоятельными опытами над призмами со спиральной арматурой, все внимание обращалось лишь на состояние бетона, а не на состояние железа. Это большая ошибка всех работавших в этой области экспериментаторов. Ибо и при консидеровских арматурах, так же как и при сетчатых, явление, безусловно и

71

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

бесспорно, протекает в две стадии; или, пока диаметры арматуры относительно толстые, а) спираль врезывается в бетон, железо критической точки не достигает, а следовательно, полностью остается неиспользованным, или — диаметры спирали уже настолько тонки, что б) железо достигает критической точки раньше, чем спираль успеет врезаться в бетон. Железо делается использованным полностью, и эффект спирали с наступлением такой стадии быстро достигает эффекта сплошной обоймы» [2, с. 123—124].

Таким образом, по результатам исследования бетона, армированного ортогональными сетками, можно сделать некоторые общие выводы:

1.С уменьшением шага сеток и диаметра проволоки одновременным увеличением количества стержней в сеткеразрушающая нагрузка возрастает, а расход металла на 1 м3бетона уменьшается.

2.При одном и том же диаметре проволоки разрушающая нагрузка возрастает с увеличением количества стержней в сетке и уменьшением шага сеток.

Сетки А. Ф. Лолейта На рис. 8 показано сечение колонны А.Ф. Лолейта, имеющей сложное поперечное

армирование. Относительно армирования такой колонны В.П. Некрасов отметил три новые особенности [2, с. 245—246]:

1.Расположение продольных стержней по сечению на более близких расстояниях, чем при обычном расположении их по углам сечения.

2.Применение хомутов из одного куска довольно тонкой проволоки (d = 4 мм), переплетающей последовательно и наискось все стержни и превращающей их в косвенную сетчатую арматуру.

3.Превращение всей арматуры в обойму.

Совершенно очевидно, что такое армирование весьма сложно, вследствие чего оно не нашло широкого применения.

Рис. 8. Сетка А.Ф. Лолейта

В опытах над образцами, армированными сетками, В.А. Червонобаба [13, с. 18] установил, «что на уменьшение деформативности более сильное влияние оказывает не столько уменьшение расстояния между сетками, сколько увеличение количества стержней в сетках». Изгиб стержней сетки, происходящий под действием поперечных деформаций бетона, и представляет существенный недостаток таких сеток [13, с. 118, рис. 5].

Сравнение сеток различных конструкций Рассматривая физическую сущность взаимодействия бетона и сеток косвенного

армирования, можно установить, что при осевом сжатии бетона в нем возникают поперечные деформации по радиальным направлениям. Чтобы воспрепятствовать развитию этих деформаций и образованию в железобетонном элементе продольных трещин, необходимо соответствующее армирование. В сетках со стержнями, расположенными параллельно сторонам прямоугольного сечения, т.е. перпендикулярно друг другу, возникает изгиб стержней [13], вследствие чего при поперечных деформациях бетона они работают не наилучшим образом.

Совершенно иной характер работы в элементах сетки, состоящей из концентрических колец и радиальных стержней. Здесь в арматуре колец возникают растягивающие

72

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

напряжения, а увеличению диаметра колец при растяжении препятствуют радиально расположенные стержни, приваренные к кольцам и оказывающие сопротивление увеличению диаметра колец благодаря сцеплению с бетоном.

В результате различного характера работы сеток типа Некрасова и сеток с концентрическими кольцами и радиальными стержнями железобетонные колонны с сетками первого типа разрушаются при меньшей нагрузке, чем с сетками второго типа. Кроме того, расход арматуры при армировании бетона сетками Некрасова при одинаковой разрушающей нагрузке существенно больше. Поэтому можно сделать вывод, что наиболее рационально и экономично применение сеток с кольцами и радиальными стержнями.

Библиографический список

1.Драпалюк Д.А. Мониторинг эксплуатационного износа зданий и сооружений и разработка матрицы организации капитальных и текущих ремонтов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Воронежский государственный архитектурно-строительный университет. Воронеж, 2010. - 18с.

2.Некрасов В.П. Метод косвенного вооружения бетона. Новый железобетон. Ч. 1. Транспечать, 1925.

3.Залигер Р. Железобетон, его расчет и проектирование. Госиздат,1928.

4.Сахновский К.В. Железобетонные конструкции. Изд. 8-еперераб.Госстройиздат,

1961.

5.СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования/Госстрой СССР. – М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1992.

6.Берг О.Я. Прочность бетона и других материалов, обладающих различным сопротивлением растяжению и сжатию, в условиях сложногонапряженного состояния. — Труды ЦНИИС, вып. 36, Трансжелдориздат,1960.

7.Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. Госстройиздат, 1961.

8.Берг О.Я., Щербаков Е.Н., Писанко Г.И. Высокопрочный бетон. Стройиздат, 1971.

9.Виноградова О.Ф. Экспериментальные исследования центрально-сжатых железобетонных элементов с косвенным армированием сеткаминового типа. — Сб. трудов ЛИИЖТ, вып. 350, 1973.

10.Железобетонные ангары для гидросамолетов центра морской авиации Алжира. — «LeGenieCivil»», 1919, № 21.

11.Михайловский С.С. Строительство тоннеля Бильдшток в Саарской области. — Техн. информ., 1957, № 2.

12.Дроздов П.Ф. Конструирование и расчет несущих систем многоэтажных зданий и их элементов. Стройиздат, 1977.

13.Червонобаба В.А. Исследование сопротивления бетона, армированного сетками, смятию. — Труды НИИЖБ, вып. 5, Госстройиздат, 1959.

14.Драпалюк Д.А., Руденская Е.Н. Анализ методов контроля взрывоопасного оборудования // Студент и наука. 2020. № 1(12). С. 106 -111.

15.Anastasiya Mylayeva, Nadezhda Kuznetzova, Tatiana Shchukina and Dmitriy Drapalyuk. Energy-saving technology of cleaning water basin and enrichment with algae raw materials for biogas production// E3S Web of Conferences «Topical Problems of Green Architecture, Civil and Environmental Engineering 2019», 164, 01032 (2020) TPACEE-2019. DOI: 10.1051/e3sconf /202016401032.

16.Drapalyuk N.A., Drapalyuk D.A., Shchukina T.V. 2020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 20206 October 2020, Номер статьи 92710802020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2020; Vladivostok; Russian Federation; 6 October 2020 до 9 October 2020; Номер категории CFP20M35-ART; Код 165655.

73

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

Ю.С. Коровкина, Е.Ю. Дудкина, Д.А. Драпалюк

КОСВЕННОЕ АРМИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СПИРАЛЬНОЙ ОБМОТКОЙ

Аннотация. С начала прошлого столетия учеными и специалистами были выполнены значительные теоретические и экспериментальные исследования различных способов косвенного армирования в элементах железобетонных конструкций. Рассмотрим косвенное армирование железобетонных элементов спиральной обмоткой.

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

Yu.S. Korovkina, E.Yu. Doudkina, D.A. Drapaliuk

INDIRECT REINFORCEMENT OF REINFORCED CONCRETE ELEMENTS WITH SPIRAL

WINDING

Introduction. Since the beginning of the last century, scientists and specialists have carried out significant theoretical and experimental studies of various methods of indirect reinforcement in the elements of reinforced concrete structures. Consider the indirect reinforcement of reinforced concrete elements with a spiral winding.

Keywords: curved rebar, reinforced concrete elements, calculation of compressed reinforced concrete elements, reinforcement framein, direct reinforcement.

Опыты Баха и их анализ

В 1905 г. Бах произвел исследования бетонных призм восьмиугольного сечения высотой 1 м с продольной и косвенной арматурой, отличающихся следующим [4]:

-геометрические размеры призм (сечения, высоты) одинаковы;

-образцы изготовлены из бетона одного и того же состава с временным сопротивлением 133 кгс/см2;

-диаметр и процентное содержание продольной и спиральной арматуры разнообразны. Содержание продольной и спиральной арматуры в процентах к площади ядра

изменялось так, как показано в таблице 1.3. Из нее видно, что содержание продольной арматуры в группах образцов А и В было незначительно, а в остальныхгруппах изменялось от 0,71 до 2,9%. Содержание спиральной арматуры в группах А, Б, Е последовательно увеличивалось в два и три раза, в группах Г и Д — в два и четыре. По данным опытов построена диаграмма (рис. 1).

© Коровкина Ю.С., Дудкина Е.Ю., Драпалюк Д.А., 2021

74

________________________________________________________Выпуск № 1 (16), 2021

Таблица 1 Содержание продольной и спиральной арматуры в процентах к площади ядра в опытах

Баха

1 – бетон; 2 – бетон и продольная арматура; 3 – бетон, продольная и косвенная арматура; 4 – общее содержание арматуры (μ1+μ2); коэффициент

Рис. 1. Диаграмма по опытам Баха

Рассмотрение рис. 1 позволяет установить следующее:

-продольная арматура повышает разрушающую нагрузку сравнительно незначительно;

-значительное увеличение разрушающей нагрузки происходит при повышении общего процентного содержания арматуры, причем на графике появляются пики (μ1+μ2 = 4,96 и

8,13%).

Косвенное армирование бетона спиральной обмоткой и продольной арматурой Косвенное армирование в виде спиральной обмотки — спирали (рис. 2), предложенное

М. Консидером, применялось в различных железобетонных элементах, работающих на сжатие: колоннах, арках, верхних поясах балок, опорных частях.

Сам М. Консидер применил спиральную арматуру в фермах пролетом 20 м (рис. 3, а). Верхний сжатый пояс имел восьмиугольное сечение (D = 25 см), продольную арматуру из восьми стержней диаметром 11 мм и спиральную такого же диаметра; расстояние между витками 31—36 мм (рис. 3, б и в). В нижнем растянутом поясе было 37 стержней диаметром 13 мм, обвитых 4-мм проволокой. Испытание такого пролетного строения, произведенное 11-13 ноября 1903 г., дало положительные результаты [2].

75