CC BY
12УДК 624.012.3
В.В. ГРАНЕВ, д-р техн. наук (cniipz@cniipz.ru), Э.Н. КОДЫШ, д-р техн. наук (otks@yandex.ru), Н.Н. ТРЕКИН, д-р техн. наук, К.Е. СОСЕДОВ, инженер
АО «ЦНИИПромзданий» (127238, г. Москва, Дмитровское ш., 46, корп. 2).
Арматура класса Ан600C в современном строительстве
Арматурный прокат класса Ан600С из стали марки 20Г2СФБА был разработан и выпускается металлургическим комбинатом «Северсталь» (г. Череповец). Благодаря химическому составу, включающему ниобий и ванадий, эта термомеханически упрочненная сталь обладает высокой коррозионно-, пожаростойкостью и пластичностью. Исследование использования арматурного проката класса Ан600С в сборных железобетонных конструкциях показало возможность снижения расхода проката в конструкциях с рамным железобетонным каркасом по серии 1.020-4 и 1.420-35.95 с перекрытиями из многопустотных плит. Снижение расхода арматурного проката достигает 13,3% по сравнению с арматурным прокатом класса А500С, а в зданиях по серии 1.020-1/83(87) 9% по сравнению с арматурным прокатом класса А500С. Для многопустотных плит перекрытия снижение расхода арматуры применяемого в каркасах указанных серий при сравнении с арматурным прокатом класса может достигать 21%, а при сравнении с широко применяемым арматурным прокатом А600 экономия может составить 7%.
Ключевые слова: арматурный прокат, сборные железобетонные конструкции, колонны, ригели, многопустотные плиты.
Для цитирования: Гранев В.В., Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Соседов К.Е. Арматура класса Ан600С в современном строительстве // Строительные материалы. 2018. № 3. С. 26-29.
V.V. GRANEV, Doctor of Science (Engineering) (cniipz@cniipz.ru); E.N. KODYSH, Doctor of Science (Engineering) (otks@yandex.ru): N.N. TREKIN, Doctor of Science (Engineering) (otks@yandex.ru); K.E. SOSEDOV, Engineer (otks@yandex.ru) AO "TSNIIPromzdaniy", (46, bldg.2, Dmitrovskoe Highway, Moscow, 127238, Russian Federation).
Reinforcement of An600C Class in Modern Construction
Rebar of An600C class made of 20G2SFBA steel has been developed and is manufactured by Cherepovets Steel Mill of PAO "Severstal". Due to the chemical composition including niobium and vanadium, this thermo-mechanically hardened steel has high corrosion resistance, fire resistance and ductility. Research in the use of the rebar of An600S class in prefabricated reinforced concrete structures has shown the possibility to reduce the consumption of rolled product in structures with frame-reinforced concrete frames by series 1.020-4 and 1.420-35.95 with overlappings from multi-hollow slabs. Reduction in the consumption of reinforcing bars reaches 13.3% in comparison with rebar of A500C class , and in buildings of the series 1.020-1/ 83 (87) - 9% in comparison with the rebar of A500C class. For multicore slabs, the reduction in consumption of the reinforcement used in the frames of these series in comparison with rebar of A500C class can reach 21%, and when compared with the widely used rebar A600, the savings can be 7%.
Keywords: reinforcing bars, prefabricated reinforced concrete structures, columns, beams, multicore slabs.
For citation: Granev V.V., Kodysh E.N., Trekin N.N., Sosedov K.E. Reinforcement of An600C class in modern construction. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 3, pp. 26-29. (In Russian).
Арматурный прокат класса Ан600С из стали марки 20Г2СФБА, разработанный Череповецким металлургическим комбинатом «Северсталь», начал выпускаться с 2010 г. по ТУ 14-1-5596—2010 «Прокат термомеханически упрочненный класса Ан600С для армирования железобетонных конструкций». Для его внедрения в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева ОА НИЦ «Строительство» [1—3] и АО ЦНИИПромзданий [4, 5] проведен ряд исследований по комплексной оценке физико-механических свойств и рациональной области применения в железобетонных конструкциях.
Арматурный прокат класса Ан600С из стали марки 20Г2СФБА относится к термомеханически упрочненной в потоке проката стали, присутствие в маркировке стали букв Ф и Б говорит о наличии в составе стали легирующих добавок в виде ниобия и ванадия, в связи с чем для отличия маркировки данного арматурного проката, по аналогии с «северным» прокатом была введена буква «н» в состав названия, обозначающая ниобий.
В результате выполненных в НИИЖБ исследований для оценки физико-механических характеристик арматуры были проведены:
— оценка химического состава стали;
— определение геометрических характеристик;
— определение механических свойств на растяжение и оценка статистической обеспеченности;
— испытание основных типов сварных соединений и определение параметров свариваемости;
— исследование влияния вторичного нагрева и отрицательной температуры;
— испытание выносливости (при малоцикловом и многоцикловом нагружении);
— исследование коррозионной стойкости.
По химическому составу кроме обычных легирующих элементов, таких как марганец, присутствующих в большинстве легированных арматурных сталей, в химический состав арматурного проката Ан600С введены ниобий и ванадий в суммарном количестве не менее 0,035 и не более 0,1%. Ограничение требований к верхнему и нижнему пределам содержания химических элементов обеспечивает стабильность химического состава и необходимую прочность сварных соединений.
По геометрическим характеристикам арматурный прокат класса Ан600С, как и большинство производимого в настоящее время арматурного проката, имеет серповидный профиль, обеспечивающий сцепление с бетоном. В результате определения величины относительной площади смятия поперечных ребер /г следует отметить, что значения/г находятся в интервале от 0,074 до 0,1, что гарантирует необходимый уровень сцепления с бетоном.
По механическим свойствам на растяжение прокат Ан600С занимает промежуточное положение между мягкими и высокопрочными сталями. Таким образом, кроме требований по физическому стш или условному ст0 2 пределу текучести добавляются требования к относительному равномерному удлинению арматуры бр и отношению временного сопротивления арматурного проката при разрыве ств к пределу текучести ств/стш. В соответствии с полученными результатами испытаний
26
март 2018
jVJ ®
минимальное значение условного предела текучести ст0 2 составило 668 МПа, минимальное среднее значение ор составило 3,8%; минимальное значение отношения временного сопротивления к пределу текучести составило 1,09. По результатам статистической обработки значения предела текучести металла из различных плавок получено значение условного предела текучести, который составил 663 МПа, что превышает значение условного предела текучести 650 МПа, приведенного в технических условиях.
Кроме характеристик, учитываемых в расчете железобетонных конструкций, арматурный прокат Ан600С марки 20Г2СФБА обладает возможностью изгиба вокруг оправки диаметром, равным трем диаметрам арматуры, при угле загиба 180о, что подтверждено результатами испытаний и гарантирует хорошую пластичность арматуры, несмотря на несколько заниженные относительно требований технических условий значения относительных удлинений.
Арматурный прокат может свариваться следующими способами сварки:
— крестообразное соединение;
— стыковое соединение внахлестку;
— ванно-шовное на скобе-накладке;
— контактное стыковое непрерывным оплавлением.
Результаты испытаний сварных соединений показали, что минимальное нормируемое значение временного сопротивления составляет ств=700 МПа. Таким образом, арматурный прокат может свариваться практически всеми способами сварки, за исключением сварки, выполняемой в съемных инвентарных формах.
Одной из отличительных особенностей арматурного проката класса Ан600С марки 20Г2СФБА является значительная стойкость к вторичному нагреву и отрицательным температурам. Так, например, в настоящее время для применения в условиях пониженной отрицательной температуры рекомендуется использовать сталь класса Ас500С, выполненную в «северном» исполнении.
Результаты испытания на образцах типа «Менаже» и типа «ЦНИПС» при температуре -60оС составили не менее 58,8 Дж/см2 и 215,8 Дж соответственно, следовательно, арматурный прокат класса Ан600С марки 20Г2СФБА отвечает самым высоким требованиям, предъявляемым к арматурному прокату повышенной хладостойкости в России. Для сравнения, применявшийся прокат класса Ас-П имел характеристики 49 Дж/см2 и 176,5 Дж соответственно. Стойкость арматурного проката в состоянии поставки на статическое растяжение с переохлаждением до -69оС показала, что разрушение происходит пластично, при этом с понижением температуры наблюдается увеличение:
— предела текучести до 12,9%;
— временного сопротивления до 10,4%.
Остается практически неизменным относительное удлинение на базе пяти диаметров стержня арматурного проката б5, а для отдельных диаметров наблюдается снижение относительного удлинения ор на 46,8%.
В результате анализа испытаний сварных соединений в условиях отрицательной температуры можно сделать вывод, что арматуру класса Ан600С марки 20Г2СФБА с химическим составом, характеризуемым величиной углеродного эквивалента Сэ, составляющего Сэ>0,43%, при сумме легирующих элементов V+Mo+T¡>0,05 рекомендуется применять:
— без сварки в качестве расчетной и конструктивной арматуры при любой расчетной температуре (до -70оС) без ограничения по характеру действия нагрузки (статическая, динамическая, многократно повторяющаяся);
— со сварными соединениями в составе арматурных каркасов, сеток, закладных деталей и отдельных стерж-
ней при расчетной температуре до -55оС без ограничения по характеру действия нагрузок.
Испытания на выносливость арматурного проката заключались в определении количества циклов при заданном размахе напряжений, который способна выдержать арматура без разрушения:
— при многоцикловом нагружении;
— при малоцикловом нагружении.
Так, при многоцикловом нагружении, характеризующем стойкость арматурного проката к динамическим, циклическим и переменным нагрузкам, были получены следующие результаты:
— количество пройденных циклов превысило 2 млн;
— размах напряжений составил Aamax 150—200 МПа;
— максимальное напряжение без разрушения CTmax=360 МПа.
Таким образом, арматурный прокат класса Ан600С из стали марки 20Г2СФБА можно использовать в конструкциях, подверженных циклическим и динамическим нагрузкам при коэффициенте асимметрии цикла р не ниже 0,58.
Для оценки возможности применения арматурной стали Ан600С без предварительного напряжения арматуры в сейсмически активных районах проведены испытания при малоцикловом нагружении при максимальном растягивающем напряжении примерно 600 МПа и максимальном сжимающем напряжении примерно минус 300 МПа. Таким образом, коэффициент асимметрии цикла р=-0,5. Испытания проводились в соответствии с концепцией симуляции землетрясения среднего уровня с методикой испытаний по аналогии с рекомендациями ISO 15835-2:2009 «Steels for the reinforcement of concrete. Reinforcement couplers for mechanical splices of bars. Part 2: Test methods». В результате испытания все образцы выдержали 20 циклов на-гружения. Максимальное число циклов, полученное в результате опытов, составило 2120. Полученные результаты дают возможность рекомендовать арматурный прокат Ан600С из стали марки 20Г2СФБА для применения в сейсмически активных районах.
В настоящее время основным требованием к коррозионной стойкости арматурного проката, приведенным в своде правил «Защита строительных конструкций от коррозии», является стойкость арматурного проката против коррозионного растрескивания. Требования по стойкости против коррозионного растрескивания предъявляются к прокату, применяемому в конструкциях как с предварительным напряжением, так и без предварительного напряжения арматуры. Стойкость против коррозионного растрескивания оценивается временем до разрушения проката в агрессивной среде. Так, в конструкциях без предварительного напряжения арматуры минимальное время до разрушения составляет 40 ч, а в конструкциях с предварительным напряжением арматуры — 100 ч. В результате испытания получены следующие результаты:
— для арматуры диаметром 12—14 мм время испытания составило 200 ч (разрушения отсутствовали);
— для арматуры диаметром 20 мм время испытания составило 100 ч (разрушения отсутствовали).
Проведенные испытания позволяют сделать вывод о высокой стойкости против коррозионного растрескивания арматуры. В результате проведенных исследований по коррозионной стойкости арматуры можно рекомендовать использование арматурного проката Ан600С в конструкциях, эксплуатирующихся в неагрессивной среде без предварительного напряжения арматуры с шириной продолжительного раскрытия трещин не более 0,4 мм.
Так как арматурный прокат Ан600С может применяться как с предварительным напряжением арматуры,
j'^J ®
март 2018
27
Г
300
310
520
590
Рис. 1. Ригель высотой 450 мм (а); 600 мм (б); 800 мм (в)
300
310
520
620
Стык
гЧ
Стык
так и без него и с учетом повышенных характеристик коррозионной стойкости в АО «ЦНИИПромзданий» произведен поиск рациональной области использования данного арматурного проката преимущественно в конструкциях без предварительного напряжения арматуры.
Для оценки рациональной области использования выбраны здания с рамными каркасами серии 1.020-4 и 1.420-35.95 с нагрузками на ригели перекрытия (без учета собственного веса ригеля) 10 и 20 кПа и связевые каркасы. Основными несущими конструкциями рамных каркасов являются колонны прямоугольного сечения 400x400 и 400x600 мм; ригели высотой 450 мм при нагрузке до 10 кПа (рис. 1, а), 600 мм при нагрузке 20 кПа (рис. 2, б), 800 мм по серии 1.420-35.95 (рис. 3, в); многопустотные и ребристые плиты перекрытия.
Были рассмотрены рамы с пролетами ригелей 6 и 9 м, высоты этажей принимались равными 4,8 и 6 м. При пролетах ригелей 9 м использовались рамы с тремя пролетами ригелей. Шаг рам принимался равным 6 м для всех случаев. При расчетах учитывалась несоосность крайних колонн из-за разных высот сечений и из-за необходимости иметь наружную грань колонны без уступов.
Необходимо отметить, что в отличие от монолитных каркасов отличительной особенностью сборных колонн является расположение стыков колонн выше стыка ригеля с колонной. Так, для колонн серии 1.020-4 стык располагается на высоте 60 см, а для серии 1.420-35.95 — на высоте 80 см, поэтому при определении длин колонн учитывалось расположение стыков колонн (рис. 2), а также заделка нижней колонны в стакан фундамента высотой 60 см.
В результате расчета каркасов были получены расходы арматуры на одну поперечную раму. Снижение расхода арматурного проката класса Ан600С по сравнению с расходом проката класса А500С составляет 13,3% с отдельными выбросами 20%.
Для анализа связевых каркасов выбрана серия 1.0201/83 (87) с делением колонн по высоте как у рамных каркасов. В результате расчета выявлено, что экономия арматурного проката Ан600С по сравнению с прокатом А500С составляет 9%.
Г
0,000
Условие рационального использования арматурного проката в изгибаемых конструкциях заключается в минимизации расхода арматуры при выполнении требований первой и второй групп предельных состояний. Так, для многопустотных плит перекрытия, выполняемых без предварительного напряжения арматуры, было выявлено, что сокращение расхода арматурного проката Ан600С по сравнению с А500С составило 21,7% при бетоне класса В30 и достигается при следующих условиях:
— длина плит не более 5650 мм;
— полезная нагрузка на плиту не более 6 кПа.
Экономия арматурного проката при расчете по второй группе предельных состояний достигается в основном за счет учета формы расчетного поперечного сечения в виде двутавра. Для ригелей сборных каркасов расчетная форма сечения тавр с полкой в нижней зоне, таким образом, для сборных ригелей использование арматурного проката класса Ан600С будет рациональным в случае предварительного напряжения арматуры, при этом экономия будет прямо пропорциональна расчетному сопротивлению проката Ан600С и обратно пропорциональна расчетному сопротивлению сравниваемого проката. Так как арматурный прокат класса А400 в предварительно напряженных конструкциях не применяется, при сравнении с арматурой класса А600 экономия может составить 7,6%.
Рис. 2. Схема расположения стыков колонн и заделки нижней колонны
Выводы.
Арматурный прокат Ан600С, выпускаемый Череповецким металлургическим комбинатом «Северсталь», обладает стабильным химическим составом, гарантированными прочностными характеристиками как в условиях нормальной эксплуатации, так и в условиях пониженной отрицательной температуры и электронагрева.
Хорошие показатели свариваемости и пластичности при изгибе характеризуют высокие технологические свойства арматурного проката: данный арматурный прокат допускается сваривать любыми способами сварки, за исключением способов сварки, выполняемых в инвентарных формах, а возможность изгиба вокруг оправки диаметром 3d на 180о позволяет делать отгибы меньшего размера, тем самым сокращая поперечные
б
а
научно-технический и производственный журнал 'Й^ОМ^лЛЬНуН ~28 март 2018 ЙДГЗЯШЭД
размеры конструкций. Стойкость к циклическим нагрузкам дает возможность применения арматуры как для сейсмостойкого строительства, так и для конструкций, испытывающих динамические и циклические нагрузки. Высокие показатели прочности и коррозионной стойкости позволяют расширить область рационального применения данного арматурного проката по сравнению с прокатом классов А500С и А400. Так, экономия в рамных каркасах по серии 1.020-4 и 1.42035.95 достигает 13,3% с отдельными выбросами до 20% по сравнению с арматурой А500С, а в связевых каркасах по серии 1.020-1/83(87) — 9% по сравнению с арматурой А500С. Для многопустотных плит перекрытия снижение расхода арматуры, применяемой в каркасах указанных серий, при сравнении с арматурой А500С может достигать 21%, а при сравнении с широко применяемым арматурным прокатом класса А600 экономия может составить 7%.
Список литературы
1. Мадатян С.А. Свойства арматуры железобетонных конструкций в России на уровне лучших мировых стандартов // Бетон и железобетон. 2013. № 5. С. 2—5.
2. Мадатян С.А. Основы применения в железобетоне высокопрочной стальной арматуры // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 1. С. 17—20.
3. Мадатян С.А., Климов Д.Е. Новая универсальная свариваемая арматурная сталь класса Ан600С // Черная металлургия. 2012. № 3. C. 50—59.
4. Гранев В.В., Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Сосе-дов К.Е. Применение арматуры класса Ан600С в несущих железобетонных конструкциях. Бетон и железобетон — взгляд в будущее: Научные труды
III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону. Москва. 2014. Т. 3. С. 25-31.
5. Соседов К.Е. Арматура класса Ан600С из стали марки 20Г2СФБА и условия ее работы в железобетонных конструкциях. Инновации в строительстве — 2017: Материалы международной научно-практической конференции. Брянск. 2017. Т. 1. С. 297—302.
References
1. Madatjan S.A. The properties of armatures of ferroconcrete constructions in Russia at the level of the best international building standards. Beton i zhelezobeton. 2013. No. 5, pp. 2—5. (In Russian).
2. Madatjan S.A. Basis for the use of high-strength steel reinforcement in reinforced concrete. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2013. No. 1, pp. 17—20. (In Russian).
3. Madatjan S.A., Klimov D.E. The new universal welded reinforcing steel of the class An600s. Chernaja metalluru-gija. 2012. No. 3, pp. 50—59. (In Russian).
4. Granev V.V., Kodysh E.N., Trekin N.N., Sosedov K.E. Using of reinforcement An600C (Brand 20G2SFBA) in reinfeorced concrete load bearing structures. Concrete and reinforced concret — Glance at future: scientific works of III All Russian (II International) Conference on Concrete and reinforced Concrete. Moscow. 2014. Vol. 3, pp. 25—31 (In Russian).
5. Sosedov K.E. Reinforcement bars of An600s from steel of brand 20G2SFBA and a condition of using in reinforced concrete designs. Innovations in construction — 2017: matherials of the International Scientific Conference. Brjansk. 2017. Vol. 1, pp. 297—302. (In Russian).
20-21 сентября 2018 г.
Республика Беларусь г. Минск
Оргкомитет: 140050, Московская обл., п. Красково, ул. К. Маркса, д. 117, РГА Телефон: +7 8-916-501-36-56 E-mail: rga-service@mail.ru www.rosgips.ru
Российская гипсовая ассоциация Московский государственный строительный университет Научно-исследовательский институт строительной физики
Девятая Международная конференция
«Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий»
Тематика конференции:
■ технический прогресс в области гипсовых материалов и изделий (исследования, производство и применение)
■ ангидритовые вяжущие
■ гипсовые материалы в малоэтажном строительстве
■ привлекательность и механизмы инноваций в гипсовой отрасли
■ современное оборудование для производства гипсовых вяжущих, материалов и изделий на их основе
■ лаборатории, менеджмент качества, экологический менеджмент и их роль в обеспечении качества и долговечности гипсовых материалов
■ нормативно-техническая документация в соответствии с современными требованиями
■ обучение и переподготовка специалистов в области производства и применения
гипсовых материалов и изделий
-
Генеральный информационный спонсор: журнал
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ*
J'iyj ®
март 2018
29
