CC BY
55Научно-технический Introduction
и производственный журнал of innovative technologies
УДК 624.012.35
И.Н. ТИХОНОВ1, д-р техн. наук (niijhb_tikhonov@mail.ru), В.П. БЛАЖКО1, канд. техн. наук, Г.И. ТИХОНОВ1, бакалавр архитектуры, В.А. КАЗАРЯН1, инженер; М.Б. КРАКОВСКИЙ2, д-р техн. наук; О.О. ЦЫБА3, канд. техн. наук
1 АО «НИЦ «Строительство» (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6) 2 ЗАО НПКТБ «ОПТИМИЗАЦИЯ» (109428, г. Москва, ул. Михайлова, 36/38) 3 Росстандарт, ТК 375 «Металлопродукция из черных металлов и сплавов», ПК 4 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций» (105005, г. Москва, ул. Радио, 23/9, стр. 2)
Инновационные решения для эффективного армирования железобетонных конструкций
Приведены результаты сопоставительных расчетов длины анкеровки и нахлестки арматурных стержней, а также изгибаемых железобетонных элементов по СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003» и СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». Установлена необходимость увеличения армирования (до 40%) из-за измененных методов расчета в новом СП 63.13330.2012 по причине массового использования в строительстве в настоящее время арматуры с двухсторонним серповидным (европейским) профилем взамен арматуры с кольцевым профилем по ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций», применяемой ранее и имеющей лучшее сцепление с бетоном. Внедрение в массовое строительство новой эффективной арматуры с четырехсторонним (четырехрядным) периодическим (в том числе винтовым) профилем поверхности, разработанным в России, позволит обеспечить высокую эффективность проектирования и строительства из железобетона, а также повысить конкурентоспособность и экспортные возможности отечественного арматурного проката.
Ключевые слова: анкеровка, арматурный прокат, изгибаемые железобетонные элементы, массовое строительство, двухсторонний профиль, четырехсторонний периодический профиль, армирование, эффективное проектирование, конкурентоспособность, инновации.
Для цитирования: Тихонов И.Н., Блажко В.П., Тихонов Г.И., Казарян В.А., Краковский М.Б., Цыба О.О. Инновационные решения для эффективного армирования железобетонных конструкций // Жилищное строительство. 2018. № 8. С. 3-10.
I.N. TIKHONOV1, Doctor of Sciences (Engineering), (niijhb_tikhonov@mail.ru), V.P. BLAZHKO1, Candidate of Sciences (Engineering), G.I. TIKHONOV1, Bachelor ofArchitecture, V.A. KAZARYAN1, Engineer; M.B. KRAKOVSKY2, Doctor of Sciences (Engineering); O.O. TSYBA3, Candidate of Sciences (Engineering) 1 JSC "Research Center of Construction" (6, 2nd Institutskaya Street, Moscow, 109428, Russian Federation) 2 ZAO NPKTB "OPTIMIZATSIYA" (36/38, Mikhailova Street, Moscow, 109428, Russian Federation) 3 ROSSTANDARD, TK 375 "Steel Products of Ferrous Metals and Alloys", PK 4 "Rolled Reinforcement for Reinforced Concrete Structures"
(23/9, bldg. 2, Radio Street, Moscow, 105005, Russian Federation)
Innovative Solutions for Efficient Reinforcement of Reinforced Concrete Structures
The results of comparative calculations of the length of anchoring and overlapping of rebars as well as bending reinforced concrete elements according to SP 63.13330.2012 "Concrete and reinforced concrete structures. Actualized edition of SNiP 52-01-2003" and SNiP 2.03.01-84 "Concrete and reinforced concrete structures" are presented. The necessity to increase the reinforcement (up to 40%) due to the changed methods of calculation in a new SP 63.13330.2012 as a result of the mass use, at present, of reinforcement with a double-side crescent (European) profile instead of the reinforcement with ring profile according to GOST 5781-82 "Hot-rolled steel for reinforcing reinforced concrete structures" previously used and having a better adhesion to concrete, is established. The introduction of new efficient reinforcement with four-sided (four row) periodic (screw including) surface profile developed in Russia into mass construction makes it possible to ensure high efficiency of design and construction from reinforced concrete as well as improve the competitiveness and export opportunities of domestic reinforcing bars.
Keywords: anchoring, reinforcing bar, bending reinforced concrete elements, mass construction, two-sided profile, four-sided profile, periodic profile, reinforcing, efficient design, competitiveness, innovations.
For citation: Tikhonov I.N., Blazhko V.P., Tikhonov G.I., Kazaryan V.A., Krakovsky M.B., Tsyba O.O. Innovative solutions for efficient reinforcement of reinforced concrete structures. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 8, pp. 3-10. (In Russian).
Железобетон состоит их двух основных компонентов -бетона и арматуры.
Стоимость этих составляющих в кубическом метре железобетонных конструкций в настоящее время примерно одинакова. Следовательно, уменьшение армирования приведет к значительному снижению стоимости железобетона и строительства в целом.
8'2018 ^^^^^^^^^^^^^
Наиболее эффективным путем снижения армирования является применение арматуры с высокой прочностью.
В последнее время в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева с целью снижения армирования ненапряженного железобетона выполнялись исследования по оценке эффективности использования арматуры классов А500, А600 и В500 в сжатых и изгибаемых элементах взамен арматуры класса
- 3
Внедрение
инновационных технологий
цн .1
Научно-технический и производственный журнал
А400 (А-Ш), массово применяемой ранее при проектировании по СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» и СНиП 52-1-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» и его актуализированной редакции СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. В актуализированную редакцию СНиП 52-01-2003» введены для проектирования механические характеристики арматуры классов А500, А600 и В500.
В настоящее время практически все железобетонные конструкции гражданского и промышленного строительства проектируются по СП 63.13330.2012 и производятся с использованием арматуры класса А500 вместо А400, что дает снижение армирования в сжатых элементах до 20%.
Результаты расчетов изгибаемых элементов по старому СНиПу и новому СП показывают, что в обоих случаях переход с использования арматуры класса А400 на А500 с целью уменьшения расхода арматуры целесообразен (табл. 1), однако эффективность замены по расчетам СП 63.13330.2012 несколько ниже. Так, в приведенных примерах № 1, 2 и 4 эффективность замены А400 на А500 по старому СНиП - составила соответственно 14,2, 38 и 11,3%, а по новому СП - 11, 20 и 11,3%.
В рассмотренных достаточно простых примерах № 1, 2 и 4, в которых расчет прочности по новому СП выполнялся по деформационной модели, а по старому СНиПу - по предельным усилиям, армирование, необходимое для обеспечения несущей способности, было практически одинаковым.
Однако в примерах № 1 и 4 при расчетах по новому СП оказалось, что армирования, определенного по прочности, не достаточно для выполнения условий по предельной ширине раскрытия трещин. Для выполнения этого условия потребовалось дополнительное армирование,что и объясняет снижение в этом случае эффективности замены арматуры класса А400 на А500С.
По приведенным результатам расчета видно, что для выполнения требований по предельной ширине раскрытия трещин по СП 63.13330.2012 следует увеличить армирование относительно СНиП 2.03.01-84* при арматуре класса А400 и А500 соответственно в примере № 1 на 31 и 36%, в примере № 4 на 13 и 12,7%, в примере № 2 только при армировании классом А500С на 29%.
В табл. 2 показаны результаты сопоставления расчетов, касающихся анкерующей способности арматуры. В приведенных случаях видно, что выполнение требований нового СП приводит к увеличению длины анкеровки и нахлестки стержней относительно СНиП 2.03.01-84* на 26-50%.
Полученные результаты можно объяснить принятой новой методикой расчета для определения ширины раскрытия трещин и длины анкеровки и нахлестки арматуры в СП 63.13330.2012.
Новые расчетные предложения были сделаны с целью обеспечения необходимой безопасности проектирования и унификации отечественных норм с евронормами в результате перехода металлургической промышленностью России, в основном из-за требований экспортных поставок, на производство арматурного проката с так называемым двухсторонним серповидным (европейским) профилем поверхности.
По материалам, приведенным в табл. 2, видно, что даже увеличенные по СП 63.13330.2012 длины анкеровки и нахлестки стержней ниже полученных по требованиям ЕN на 11,1 и 28,8% соответственно. Это говорит о недостаточной
4| -
надежности результатов расчета по СП и необходимости принятия специальных технических решений.
Экспериментальными исследованиями, выполненными в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева и в других отечественных и зарубежных организациях, убедительно подтверждена более низкая эффективность сцепления «европейской» арматуры относительно отечественной арматуры с кольцевым профилем по ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций», используемой в опытах для обоснования положений СНиП 2.03.01-84* (рис. 1, а-б) [1-8].
Таким образом, в результате внесенных изменений в новый СП 63.13330.2012 эффективность применения арматуры класса А500, а тем более класса А600, значительно снизилась (табл. 1), что не способствует их массовому использованию при производстве железобетонных конструкций.
Есть два пути повышения эффективности применения арматуры классов А500 и А600.
Первый - это внесение в нормы увеличенной допускаемой ширины раскрытия трещин, которое возможно только при увеличении коррозионной стойкости арматуры путем введения в химический состав дорогостоящих добавок (марганца, необия, ванадия, титана и т. п.).
Удорожание арматуры в этом случае не компенсируется за счет уменьшения армирования. При этом прогибы конструкции при эксплуатационных нагрузках еще более увеличиваются и могут значительно превысить допускаемые величины.
Рис. 1. Основные типы периодического профиля: а — кольцевой (ГОСТ 5781—82) f1>0,10 (не нормируется); б — двухсторонний серповидный (СТО АСЧМ 7-93 «Прокат арматурный периодического профиля») ^>0,056; в — четырехсторонний серповидный (ТУ 14-1-5526—2006 «Прокат арматурный класса А500СП с эффективным периодическим профилем»)^>0,075; г — универсальный профиль (ТУ0950-007-83936644—2018)
^^^^^^^^^^^^^ №'2018
со м о
ее
Таблица 1
Сравнительный анализ результатов расчетов железобетонных элементов по СНиП 2.03.01-84 и СП63.13330.2013
по прочности, раскрытию трещин и деформациям1
Описание конструкции СНиП 2.03.01-84 (старый) СП 63.13330.2013 (новый) Эффективность армирования по новому СП относительно старого СНиП Э,%
Армирование по прочности Эффективность Э, % Трещины, мм Деформации, мм Армирование по прочности Эффективность Э, % Трещины, мм Деформации, мм
1. Пример № 54, с. 127. Пособие к СНиП 2.03.01-84. Балка h=300 мм; Ь=1150 мм; а=42 мм Пролет L=4,20 м Бетон В15, твердение естественное. Все нагрузки М=67 кНм; постоянные+длительные М=63 кНм 6014А4ОО, А=923 мм2 7О12А500С, А=792 мм2 (923-792)* 100/923=14,2% 0,261 <0,3 0,3=0,3 17,7<21 20<21 6014А4ОО, А,=923 мм2 6016А4ОО, А,=1206 мм2 7014А5ООС, А,=1077 мм2 (1206-1077)* 100/1206=11% 0,363>0,3 0,275<0,3 0,3 = 0,3 16,5<21 13,7<21 14,8<21 (923-1206)*100/923=-31% (792-1077) * 100/792=-36%
7012 А500СП, А,=792 мм2 (1206—792)* 100/1206=34% 0,3 = 0,3 19<21 0
2. Пример № 58. Пособие к СНиП 2.03.01-84. Балка h=600 мм; Ь=200 мм; а=80 мм; пролет L=4,8 м Бетон В25, твердение естественное. Все нагрузки q,=85,5 кН/м; постоянные+длительные q =64 кН/м 4028А4ОО, А=2463 мм2 4022А5ООС, Ai=1520 мм2 (2463-1520)* 100/2463=38% 0,102<0,3 0,212<0,3 18<24 23<24 4028А4ОО, А,=2463 мм2 4025А5ООС, А,=1964 мм2 (2463-1964)* 100/2463=20% 0,216<0,3 0,278<0,3 12<24 13,1 <24 0 (1520-1964)*100/1520=-29%
4022 А500СП, А,=1520 мм2 (2463-1520)* 100/2463=38% 0,253<0,3 15<24 0
3. Пример № 57. Пособие к СНиП 2.03.01-84. Плита h=120 мм; Ь=1000 мм; а=15 мм; пролет L=3100 мм Бетон В25; твердение естественное. Все нагрузки q,=7 кН/м; постоянные+длительные q =6 кн/м 508 А400, А,=251 мм2 0,001<0,3 12<15 508А4ОО, А,=251 мм2 507,5 В500, А,=221 мм2 (251-221)* 100/251 =12% 0,007<0,3 0,006<0,3 13,7<15 13,8<15 0
4. Ригель h=500 мм; Ь=400 мм; а=50 мм; пролет L=6 м. Бетон В25, твердение естественное. Все нагрузки q,=48 кН/м; постоянные+длительные q,=43KH/M 4025А4ОО, А.=1964 мм2 2025+2022, А500С, А.=1742 мм2 (1964-1742)* 100/1964=11% 0,252<0,3 0,29<0,3 28<30 30=30 4025А4ОО 2028+2025 А400, А.=2214 мм2 4025 А500С, А.=1964 мм2 (2214-1964)* 100/2214=11% 0,316>0,3 0,278<0,3 0,3 = 0,3 22<30 21 <30 22<30 (1964-2214) * 100/1964=-13% (1742-1964)* 100/1742=-12,7%
4022 А500СП, А.=1520 мм2 (2214-1520)* 100/2214=31% 0,3 = 0,3 26<30 (1742-1520)* 100/1742=+12,7%
1 Расчеты, приведенные в таблице выполнены с помощью программы «ОМ СНиП Железобетон».
1Л
Внедрение
инновационных технологий
цн .1
Научно-технический и производственный журнал
ös, МПа
700 600 500 400 300 200 100 0
т ▼ )2=0,35
ф2=0,5 X
т
ф2=0,8
ч
i^f
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Рис. 2. Средняя ширина раскрытия трещин в бетоне образцов, армированных стержнями с различным периодическим профилем, при центральном растяжении [6]: ■ — с серповидным профилем (/=0,057); • — с четырехсторонним профилем (fR=0,075); ▼ — с кольцевым профилем (fR=0,12); О — с гладким профилем; --по СП 52-101—2003 с учетом коэффициента ф2
Второй - это увеличение эффективности сцепления арматуры с бетоном за счет изменения профиля ее поверхности. Эффективность этого пути установлена исследованиями НИИЖБ, выполненными еще под руководством А.А. Гвоздева, а также в более позднее время [1, 3, 5, 6, 8].
В 2003-2004 гг. в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева был разработан профиль с условным названием «четырехсторонний (четырехрядный) серповидный» (рис. 1, в), который объединил в себе положительные особенности как кольцевого, так и двухстороннего серповидного профилей и имеет оценочные показатели по эффективности сцепления с бе-
тоном даже более высокие, чем у всех профилей известных видов [5, 6, 8].
До настоящего времени влияние вида профиля и его геометрических характеристик /) на поведение сцепления с бетоном после достижения пластических деформаций в арматуре очень мало исследовано [9].
Выполненные в НИИЖБ исследования выявили способность при вытягивании из бетона стержней класса прочности А500СП с новым четырехсторонним серповидным профилем сохранять прочность сцепления даже при очень больших (до 10%) пластических деформациях стержней при растягивающих напряжениях на уровне и выше предела текучести. Экспериментально установлено, что данный показатель в 4-5 раз выше аналогичных показателей у двухстороннего и кольцевого профилей, что дает основание сделать вывод о низкой распорности четырехстороннего серповидного профиля арматуры и его высокой энергоемкости сцепления с бетоном.
Данный показатель во многом обеспечивает стойкость конструкций зданий и сооружений против прогрессирующего обрушения в условиях запредельной (катастрофической) стадии сопротивления внешним воздействиям, так как способствует более надежной работе анкерующих участков и нахлесточных соединений арматуры, а также перераспределению усилий в статически неопределимых системах и диссипации (рассеянию) энергии при однократном кратковременном и циклическом динамическом нагру-жении [10].
Арматура класса А500СП с четырехсторонним серповидным профилем с 2005 г. массово производится «Евраз ЗСМК» по ТУ 14-1-5526-2006 и применяется в строительстве по СТО 36554501-005-2006* «Применение арматуры класса А500СП в железобетонных конструкциях».
Выборочные результаты сопоставительного анализа рекомендаций нормативных документов для сочетания: бетон В25; арматура А500; растянутые стержни; нагрузки продолжительного действия
Таблица 2
Вид расчета СНиП 2.03.01-84* СП 52-101-2003 EN 1992-1-1 СП 52-101-2003 в сравнении с СНиП 2.03.01-84* (по основным значениям) EN 1992-1-1 в сравнении с СНиП 2.03.01-84* (по основным значениям)
Требуемая расчетная длина анкеровки 1«»=К»№ /Яь+ДКЖ=512 мм=32^; при <»„,=0,7; Д^аи=11 (для растянутой арматуры в растянутом бетоне). Не менее 20^ или 250 мм Базовое (основное) значение 4„=аРД)/(Яьо,1 и,)]=663 мм=41,Ч; при а=1 (для растянутой арматуры). Не менее Ш,; 200 мм; 0,3 Базовое (основное) значение кщА0/4)Ы/ы)=46^; но не менее 104, или 100 мм (при благоприятных условиях бетонирования) +29% +44%
Длина перепуска в соединениях внахлестку 4,=К,№ /В*+ДКЖ=608 мм=38^; при т„=0,9; Д^0„=11 (в растянутом бетоне). Не менее 20^ или 250 мм Базовое (основное) значение 1,=аРД)/(Яши,)]=796 мм=49М; при а=1,2 (для растянутой арматуры). Не менее 204,; 250 мм; 0,4 Базовое (основное) значение 10=а,...а6 4,^=64^; но не менее 154 или 200 мм (при благоприятных условиях бетонирования) +31% +68%
Длина запуска растянутых стержней за внутреннюю грань свободной опоры при Q_I<QÍ, иначе 1,>10^ 1,>5Л, при Q^ь, иначе 1,>1„, но не менее 154 или 200 мм - +50% -
Длина нормальных анкеров закладных деталей 1.ФМ К+ДУ№ =(23-3ВД; (при т„=0,5, Д^„,=8 для анкеров в умеренно сжатом на 0,25-0,75% бетоне и ю„=0,7; Д^„,=11 для растянутых анкеров в растянутом бетоне) Базовое (основное) значение для растянутых анкеров 1„=а[(Я,А,)/(Кьы и,)]=(29-41,4К; (а=0,7 при допустимом уменьшении длины анкеров в зависимости от поперечной арматуры, сосредоточенных анкеров и поперечного обжатия; в других случаях а=1) - 26% -
Научно-технический и производственный журнал
Introduction of innovative technologies
Объем произведенной арматуры класса А500СП превысил к 2018 г. 3,5 млн т.
Экспериментальные исследования и многолетний опыт эксплуатации железобетонных конструкций с использованием арматуры класса А500СП позволили дать высокую оценку их трещиностойкости и деформативности [5, 6].
В действующих СП 63.13330.2012 ширина раскрытия трещин определяется из уравнения:
а« = <р1ф2ф31|г,-^-/,.
(1)
В этом выражении коэффициент ф2 учитывает влияние профиля арматуры на величину раскрытия трещин в бетоне и принимается равным ф2=0,5 для арматуры периодического профиля и ф2=0,8 для гладкой арматуры.
На основании результатов многочисленных исследований установлено, что для арматуры с четырехсторонним профилем класса А500СП (/>0,075) коэффициент ф2 можно принимать равным 0,35 (рис. 2). Это было учтено в СТО 36554501-005-2006* в формуле для расчета ширины раскрытия трещин.
Результаты расчета железобетонных конструкций с использованием арматуры класса А500СП и выполнением требований СТО 36554501-005-2006* приведены в табл. 1. Эффективность применения арматуры класса прочности А500СП взамен А400 и А500С очевидна.
Установленные преимущества арматуры класса А500СП позволили рекомендовать ее в СТО 365545501-016-2009
«Строительство в сейсмических районах» для предпочтительного использования в сейсмостойком строительстве. Арматура класса А500СП применялась при проектировании и строительстве олимпийских объектов и реконструкции морского порта г. Сочи, в высотном монолитном и сборном строительстве Москвы, Санкт-Петербурга, городов Поволжья, Сибири, Дальнего Востока, Астаны и Алма-ты (Казахстан), а также стартового комплекса космодрома «Восточный», атомной электростанции «Воронежская» и многих других объектов промышленного и гражданского строительства России.
Переработка более 26 типовых проектов сборных железобетонных конструкций, а также серии панельных домов И-155 и каркасных зданий 1.020 и ИИ-04 с заменой арматуры А400 на А500СП позволила обеспечить экономию арматуры от 5 до 25%.
В то же время конструкция четырехстороннего серповидного профиля арматуры класса А500СП не позволяет повысить ее динамические характеристики из-за наличия продольных ребер и пересечений их с половиной поперечных ребер (рис. 1, в).
Для решения данного вопроса была разработана новая модификация конструкции четырехстороннего серповидного профиля, позволившая исключить продольные ребра арматуры и осуществить прерывистое равномерное по поверхности, четырехстороннее и спиралеобразное расположение серповидных поперечных ребер, теоретически обоснованное как оптимальное в работе [11] (рис. 1, г).
Рис. 3. Виды соединений арматурных стержней: а — сварные соединения с несъемными накладками; б, в, г — обжимные муфтовые соединения; д, е, ж, з — резьбовые муфтовые соединения; и — контактные муфтовые соединения; к — анкерные соединения крепежа щитов опалубки
8'2018
7
Внедрение
инновационных технологий
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 3
Стоимость стыков внахлестку из арматуры А500С и с применением муфт и арматуры Ав500П, р.
Диаметры арматуры, мм 22 25 28 32 36 40 Тип соединения
Количество стыков на 10 т, шт. 484 368 289 216 163 129
Стоимость одного стыка, р. 110 160 230 340 540 730 А500С, нахлест
110 110 110 200 200 220 Ав500П, муфты
Суммарная стоимость стыков, р., при цене на А500С и Ав500П 40 тыс. р./т 53240 58880 66470 73440 88020 94170 А500С, нахлест
53240 40480 31800 43200 32600 28380 Ав500П, муфты
Разница в стоимости, р. 18400 34670 30240 55420 65790
Стоимость стыков, р., при цене на А500С 40 тыс. р. /т, на Ав500П 42 тыс. р./т 53240 58880 66470 73440 88020 94170 А500С, нахлест
73240 60480 51800 63200 52600 48380 Ав500П, муфты
Разница в стоимости, р. 14670 10240 35420 45790
Стоимость стыков, р., при цене на А500С 40 тыс. р. /т, на Ав500П 44 тыс. р./т 53240 58880 66470 73440 88020 94170 А500С, нахлест
93240 80480 71800 83200 72600 68380 Ав500П, муфты
Разница в стоимости, р. 15420 25790
* Длина нахлеста принята по СП 63.13330.2012. ** Размеры соединительных муфт приняты в соответствии с ТУ 0950-007083936644-2018, стоимость муфт по материалу принята равной стоимости проката 54 тыс. р./т, стоимость работ по изготовлению муфт - равной стоимости материала.
Таблица 4
Замена растянутой и сжатой рабочей арматуры классов А400С и А400 (А-111) на арматуру класса В500 без перепроектирования железобетонных конструкций*
Заменяемая арматура класса А400 Предлагаемая арматура класса В500 Ал
Номинальный диаметр й„, мм Номинальная площадь поперечного сечения А,ь мм2 Расчетное сопротивление при растяжении Д1 и сжатии К,с1, МПа ' А1, кН Номинальный диаметр й„, мм Номинальная площадь поперечного сечения А,2, мм2 Расчетное сопротивление при растяжении Да и сжатии К,а Да/Да МПа Д ' Аи/Дзс2 ' ^ кН
6 28,3 355 10,05 5,5 23,8 435/415 10,35/9,88 15,9/-
8 50,3 -»- 17,86 7,5 44,2 -»- 19,23/18,34 12,1**
10 78,5 365 28,65 9,5 70,85 -»- 30,82/29,4 19**
12 113,1 -»- 41,28 11 95 -»- 41,32/39,43 16/-
11,5 103,82 45,16/43,09 8,2**
14 158,9 -»- 58 13 132,67 -»- 57,71/55,06 13,8/-
13,5 143,07 62,24/59,37 7**
16 201,1 -»- 73,4 15 176,63 -»- 76,83/73,3 12,2**
* Для железобетонных конструкций, армирование которых определено при расчете по первой группе предельных состояний. ** Эффективность применения арматуры класса В500 по СП 63.13330.2013 при растяжении и сжатии одинакова.
Одним из преимуществ данной конструкции профиля арматуры, значительно упрощающим внедрение, является возможность ее прокатки по традиционной двухвалковой технологии.
При прокатке этого вида арматуры в обычных чистовых клетях без синхронизации валков ее себестоимость не будет превышать себестоимости обычного проката. Когда выполняется синхронизация валков, новая конструкция четырехстороннего профиля позволяет образовать поперечными ребрами на поверхности стержня двухзаходную винтовую резьбу и таким образом обеспечить производство винтового арматурного проката новой модификации. В этом случае себестоимость арматуры может несколько увеличиться, но также значительно увеличивается и ее рыночная стоимость из-за дополнительных потребительских качеств, присущих винтовой арматуре.
Ожидается, что новый арматурный прокат будет успешно конкурировать со всеми известными видами обычного и винтового арматурного проката, так как:
1. Изготавливается по традиционной технологии двухвалковой прокатки с возможностью производства на одних валках обычной и винтовой арматуры.
2. Обладает улучшенным сцеплением с бетоном в эксплуатационной и запредельной стадиях сопротивления внешним воздействиям, в том числе сейсмическом, из-за низкой распорности, присущей арматуре с четырехсторонним серповидным профилем, и высокого Критерия Рема (/Д>0,07), что позволяет обеспечить выполнение требований второго предельного состояния СНиПа по ширине раскрытия трещин и прогибам для железобетонных конструкций с арматурой классов прочности А500 и А600.
3. Имеет более высокую выносливость при импульсивных динамических нагрузках чем, известные виды арматуры, в результате спиралеобразного, прерывистого и равномерного расположения серповидных поперечных ребер по поверхности стержня, а также отсутствия продольных ребер.
4. Универсален, так как может быть эффективно применен для армирования всех видов ненапряженного и напряженного железобетона, в том числе с заменой нахлесточ-ных, сварных, а также известных бессварных механических (муфтовых) обжимных и резьбовых соединений, используемых в строительстве и в областях традиционного применения винтовой арматуры (грунтовые анкера, тяжи, крепеж опалубки и т. п.) (рис. 3).
Научно-технический и производственный журнал
Introduction of innovative technologies
5. Обладает всеми признаками инновационной разработки, отвечающей современным требованиям Правительства РФ к отечественному промышленному комплексу по развитию передовых прорывных технологий и материалов для повышения эффективности народного хозяйства, им-портозамещения и улучшения экспортных возможностей отечественного продукта.
6. Отвечает основным требованиям отечественных и зарубежных нормативных стандартов, а также рекомендациям теоретических и практических научных разработок и исследований в данной области.
Опытные партии арматуры с новым профилем, прокатанные на Тульском металлопрокатном заводе и «ЕВРАЗ ЗСМК» г. Новокузнецка, позволили сделать заключение о технологичности ее производства на стандартном прокатном оборудовании.
Результатом сертификационных испытаний арматуры класса прочности 500 МПа с новым профилем (Ав500П) позволили высоко оценить ее технические характеристики и подтвердить возможность эффективного использования в качестве обычной и винтовой арматуры. Арматура с новым профилем класса Ав500П успешно выдержала испытания на выносливость по стандартной методике, что позволяет рекомендовать ее для широкомасштабного использования в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых при динамических воздействиях.
Новый арматурный прокат способен обеспечить импор-тозамещение на внутреннем рынке и составить конкуренцию на внешних рынках дорогостоящей винтовой арматуре фирмы «Diwidag» (рис. 3, к).
Он найдет массовое применение в любых обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкциях с целью обеспечения их повышенной безопасности и получения большого технологического и экономического эффекта, в том числе на объектах высотного, атомно-энер-гетического, транспортного, оборонного и сейсмостойкого строительства, а также везде, где рекомендуется использование винтовой арматуры и механических муфтовых соединений стержней вместо сварных и нахлесточных.
Массовое производство и применение нового арматурного проката с четырехсторонним расположением поперечных ребер классов Ав500П и Ав600П при соответствующей корректировке нормативных документов для проектирования позволит значительно повысить эффективность строительства из железобетона и снизить его стоимость, в том числе за счет механической (муфтовой) стыковки арматуры вместо стыковки внахлестку (табл. 3) и электродуговой сваркой.
Список литературы
1. Мулин Н.М., Коневский В.П., Судаков Г.Н. Новые типы профиля для стержней арматуры. Эффективные виды арматуры для железобетонных конструкций: Сб. науч. тр. М.: НИИЖБ, 1970. С. 16-45.
2. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1974. 233 с.
3. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воентехлит, 2000. 256 с.
4. Климов Ю.А. Исследования и нормирование механических характеристик и служебных свойств арматуры проката ДСТУ 3760-98: Опыт применения в конструкциях из обычного и предварительно напряженного железо-
В последнее время большое внимание уделяется использованию в строительстве холоднодеформируемой арматуры (ХДА) (табл. 4).
Технология ее изготовления в мотках позволяет осуществлять безотходное производство арматурных изделий (сеток, каркасов) как на заводах ЖБИ, так и в цехах ме-таллосервисных центров и на арматурных участках строительных площадок. Данная арматура может производиться классом прочности В500 диаметром до 16 мм. Широкому распространению (ХДА) способствует возможность ее производства на оборудовании, смонтированном на базах региональных металлосервисных центров, что значительно укорачивает сроки и уменьшает стоимость доставки ее потребителю. Отсутствие окалины, возможность производства арматуры с промежуточными диаметрами и ее использование здесь же при производстве арматурной продукции (сеток, каркасов и др.) также способствуют распространению (ХДА) (табл. 4).
Исследованиями, выполненными в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, установлена возможность использования для (ХДА) одинакового расчетного сопротивления при растяжении и сжатии, как у арматуры класса А500 [7]. В этом случае эффективность применения (ХДА) класса В500 взамен А400 06, 12, 14 мм при растяжении, приведенная в табл. 4, может быть распространена и на сжатые железобетонные элементы.
После внесения соответствующих корректив в нормативную базу для проектирования и в результате вышеприведенных преимуществ ХДА значительно увеличатся объемы и эффективность ее применения в строительстве.
Выводы
Замена металлургами России производства арматурного проката с кольцевым периодическим профилем по ГОСТ 5781-82 (рис. 1, а) на двухсторонний серповидный по СТО АСЧМ 7-93 (рис. 1, б) привела к необходимости изменения методик расчета в СНиП 52-1-2003 (СП 63.13330) длины анкеровки и нахлестки арматуры, а также ширины раскрытия трещин в железобетоне. Это привело к значительному (до 40%) перерасходу арматуры и удорожанию строительства.
Внедрение новых инновационных разработок и исследований по созданию арматуры с эффективным четырехсторонним периодическим (в том числе винтовым) профилем и холоднодеформированной арматуры (ХДА) позволит обеспечить высокую эффективность проектирования и строительства из железобетона, а также повысить конкурентоспособность и экспортные возможности отечественного арматурного проката.
References
1. Mulin N.M., Konevskii V.P., Sudakov G.N. New types of profiles for reinforcement bars. Effective types of reinforcement for reinforced concrete structures: Collection of scientific papers. Moscow: NIIZhB. 1970, pp. 16-45.
2. Mulin N.M. Sterzhnevaya armatura zhelezobetonnyh kon-strukcij [Core reinforcement of reinforced concrete structures]. Moscow: Stroiizdat. 1974. 233 p.
3. Madatyan S.A. Armatura zhelezobetonnyh konstrukcij [Reinforcement of reinforced concrete structures]. Moscow: Voen-techlit. 2000. 256 p.
4. Klimov Yu.A. Investigations and rationing of mechanical characteristics and service properties of rolled steel prod- 9
Внедрение
инновационных технологий
цн .1
Научно-технический и производственный журнал
бетона. II Всероссийская (международная) конференция по бетону и железобетону. Т. 5. М. 2005. С. 406-415.
5. Саврасов И.П. Прочность, трещиностойкость и дефор-мативность изгибаемых железобетонных элементов, армированных сталью класса А500 с различным периодическим профилем. Дис... канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 2010. 207 с.
6. Цыба О.О. Трещиностойкость и деформативность растянутого железобетона с ненапрягаемой стержневой арматурой, имеющей различную относительную площадь смятия поперечных ребер. Дис. канд. техн. наук. М.: НИИЖБ, 2012. 203 с.
7. Тихонов И.Н., Гуменюк В.С., Казарян В.А. Несущая способность сжатых железобетонных элементов с холодно-деформированной рабочей арматурой класса В500С // Жилищное строительство. 2016. № 10. С. 25-29.
8. Тихонов И.Н., Мешков В.З., Расторгуев Б.С. Проектирование армирования железобетона. М.: ООО «Бумажник», 2015. 273 с.
9. Mayer U. Zum Einfluss der Oberflachengestalt von Ripptnstahlen fuf das Trag - und Verformungsverhalten von Stahlbetonbauteilen, Dissertation, Universitat Stuttgart, Institut fur Werkstoffe im Bauwesen, IWB - Mitteilungen 2002/1.
10. Тихонов И.Н., Мешков В.З., Звездов А.И., Саврасов И.П. Эффективная арматура для железобетонных конструкций зданий, проектируемых с учетом воздействия особых нагрузок // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 39-45.
11. Скоробогатов С.М. Основы теории расчета выносливости стержней арматуры железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1976. 108 с.
ucts DSTU 3760-98. Experience in applications in structures made of ordinary and prestressed reinforced concrete. II All-Russia (International) conference on concrete and reinforced concrete. Vol. 5. Moscow, 2005, pp. 406-415.
5. Savrasov I.P. Strength, crack resistance and deformability of bent reinforced concrete elements reinforced with A500 steel with different periodic profiles. Cand. Diss. (Engineering). Moscow: NIIZhB. 2010. 207 p.
6. Tsyba O.O. Fracture resistance and deformability of stretched reinforced concrete with unstressed rod reinforcement, which has different relative area of crumpling of transverse edges. Cand. Diss. (Engineering). Moscow: NIIZhB, 2012. 203 p.
7. Tikhonov I.N., Gumenyuk V.S., Kazaryan V.A. Bearing capacity of compressed reinforced concrete elements with cold-worked reinforcement of class B500C. Zhilishchnoe Stroitefstvo [Housing Construction]. 2016. No. 10, pp. 25-29. (In Russian).
8. Tikhonov I.N., Meshkov V.Z., Rastorguev B.S. Designing reinforced concrete reinforcement. Moscow: OOO "Bumazh-nik" 2015. 273 p.
9. Mayer U. Zum Einfluss der Oberflachengestalt von Ripptn-stahlen fuf das Trag - und Verformungsverhalten von Stahlbetonbauteilen, Dissertation, Universitat Stuttgart, Institut fur Werkstoffe im Bauwesen, IWB - Mitteilungen 2002/1.
10. Tikhonov I.N., Meshkov V.Z., Zvezdov A.I, Savrasov I.P. Effective reinforcement for reinforced concrete structures of buildings, designed taking into account the impact of special loads. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 3, pp. 39-45. (In Russian).
11. Skorobogatov S.M. Osnovy teorii rascheta vynoslivosti sterzh-nej armatury zhelezobetonnyh konstrukcij [Fundamentals of the theory of calculating the endurance of rods of reinforcement of reinforced concrete structures]. Moscow: Stroiizdat. 1976. 108 p.
