Испытания железобетонных балок с начальными трещинами. Часть 1. Постановка и проведение эксперимента Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научно-технический ГТРШТг If J ГШ! Расчет

и производственный журнал '' конструкций

УДК 624.072.22

МЛ. ОРЛОВА, инженер (orlovam63@mail.ru), Ивановский государственный архитектурно-строительный университет

Испытания железобетонных балок с начальными трещинами. Часть 1.

Постановка и проведение эксперимента

В железобетонных изгибаемых элементах при изготовлении и эксплуатации могут возникнуть различные дефекты и повреждения, влияющие на их несущую способность. Представлены экспериментальные исследования несущей способности железобетонных балок с различными вертикальными и горизонтальными трещинами и приводятся таблицы, включающие схемы дефектов, нагружения и армирования поперечного сечения, а также характеристики бетона и арматуры, соответствующие различным сериям и маркам балок.

Ключевые слова: железобетонные балки, трещины.

В настоящий период времени почти для всех стран мира характерно увеличение объемов работ, связанных с необходимостью восстановления и поддержания эксплуатационной пригодности железобетонных конструкций. Одним из наиболее важных этапов при реконструкции зданий и сооружений является оценка их технического состояния, учитывающая уменьшение прочности и увеличение деформа-тивности элементов с дефектами.

Последние 30 лет в мировой и отечественной практике при производстве изгибаемых железобетонных конструкций широко применяется высокопрочный бетон, изготовленный на основе вяжущего низкой водопотребности

КП-1 (КП-2)

1500

010

2014

2020

1-1

10 540 400 540

010 1 2 //V Г i г2 ■ f

4 р- р- р

25 ц. 7x70=490 450 7x70=490 25

1480

(ВНВ). В качестве пластифицирующей добавки используется разработанный в 1970-х гг. суперпластификатор С-3, позволяющий получать бетоны высокого класса по прочности при сжатии и снижать расход цемента.

В таких конструкциях при изготовлении и эксплуатации могут возникнуть различные дефекты: горизонтальные

2f

550

1-1 400

550

112

Tb16 6 12 2 (2*) ^ ■■■■ Tb10- "

Tb^ Tb9 CO

NTb18

Tb1

R 150

Ml £k

400 |10Q.10Q.100|.10^ 400

12

r

И8 И4 И6

Tb 81 44 §1 Tb"" ^

"MT "Ит И9 из ~и5° 2 -2 M1

■ ш ш

Ts 816 41221 461810 Ts 7 153 11 1 135179

■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■

III V II IV I IV II VIII L 550 l 8x50=400 550 L

1500

Рис. 1. Схема армирования опытных балок

Рис. 2. Схема испытаний и расположения измерительных приборов

р

R

150

2-2

ШШКШ

трещины в сжатой зоне и нормальные трещины в растянутой зоне бетона. С целью установления степени влияния этих дефектов на остаточную несущую способность железобетонных изгибаемых элементов были проведены исследования балок, разделенных на серии в зависимости от типа и параметров начальных трещин, степени армирования сечений и прочности бетона.

Опытные образцы изготовлены из тяжелого бетона на основе ВНВ различной прочности при сжатии. Для изготовления бетона использовали песок из Хромцовского карьера (г. Фурманов Ивановской обл.), щебень гранитный из г. Выборга (Ленинградская обл.) и вяжущее низкой водопо-требности, изготовленное в результате совместного перемалывания цемента и пластифицирующей добавки. Для получения ВНВ с удельной поверхностью 3700 дм2/г использовали цемент марки ПЦ400Д0 с удельной поверхностью 2800 дм2/г и суперпластификатор С-3 с дозировкой 0,9-1% массы цемента. Состав бетона представлен в табл. 1.

Таблица 1

Номер замеса Серия балок Соотношение частей сухой смеси (вяжущего и заполнителей) Ц:П:Щ Водоцемент-ное соотношение Призменная прочность при сжатии, МПа, в возрасте 28 сут, Rb28

1 1-8 1:1,31:2,53 0,24 37

2 9-12 1:1,18:2,58 0,36 19

3 13-16 1:1,17:3,82 1,2 4

4 17-20 1:1,41:2,63 0,82 10

Для более точного выявления взаимодействия сжатого бетона и растянутой арматуры в зоне чистого изгиба балки в середине пролета армированы только продольной рабо-

Таблица 2

Б 1-1-1 г

1 Б 1-2-1

1 1

Марка балки

Схема дефектов

Сечение в пролете

Материалы

Арматура Бетон

а5 Иь

2014 3,1 37

2014 3,1 37

3,1 19

2020 5,98 37

2014 3,1 37

2020 5,98 37

2020 5,98 19

2014 3,1 37

19

3,32 4

2020 5,98 37

19

4,94 4

5,98 10

Размеры поперечного сечения, мм

ь

190 120

190 120

190 120

190 120

190 120

190 120

190 120

190 120

190 120

200 130

190 120

190 120

200 130

200 120

Б 1-3-1

I 400] ), 1 400 1 200 203

Б 2-1-1

Б 2-2-1

Б 2-1-2

Б 2-2-2

Б 2-3-2

Б 3-1-1

Б 3-2-1

Б 3-3-1

] 400]_] ] 400 1

200 200

Б 4-1-1

Б 4-2-1

Б 4-3-1

IX

Ж—^—X

1 400\ 4x100] 400 1

10

Б 6-1-1

Б 6-2-1

Б 6-1-2

Б 6-2-2

Б 6-3-2

Р 75 75 1 Р -1

11111

400 ]4х100] 400 I

11

20

Б 7-1-1

Б 7-1-2

Б 7-3-2

Б 8-3-3

Б 7-2-1

Б 7-2-2

Б 7-4-2

Б 8-4-3

Б 7-1-4

Б 7-2-4

XX

"^400 1 400 | 4001^

Б 7-3-4

Ь

2

ь

9

3

Ь

4

6

Ь

7

Ь

Ь

40

8'2010

Расчет конструкций

Таблица 3

Марка балки

Схема дефектов

Сечение в пролете

Материалы Размеры поперечного сечения, мм

Арматура Бетон

а5 Иь ь

2020 5,98 37 190 120

2014 3,32 4 200 130

2020 4,94

2020 5,98 10 200 120

2020 5,98 10 200 120

2020 5,98 10 200 120

Б 5-1-1

Б 5-2-1

Б 5-3-1

Р Т;

3

И00 \ |15° \400 | 125 125

13

Б 8-1-3

14

Б 8-2-3

75 75

"X

] 400 | 400 | 400 ' ]

Б 9-1-4

17

Б 9-2-4

Б 9-3-4

|.400 Ц 300 Ц. 400 ). 50 50

Б 10-1-4

18

Б 10-2-4

Б 10-3-4

] 40050 30050 4°° ^

Б 11-1-4

19

Б 11-2-4

Б 11-3-4

Цр.

/777? Ю0у3

]400 1100Х3 400 )

Р

ь

5

Р

р

ь

ь

ь

ь

50 50

чей арматурой из горячекатаной стали периодического профиля диаметром 14 или 20 мм. Поперечная и продольная сжатая арматура расположена в приопорных зонах и служит для предотвращения разрушения по наклонному сечению. Схема армирования балок приведена на рис. 1.

Балки имеют прямоугольное сечение с конструктивными размерами 120X235 мм, длину 1500 мм и расчетный пролет 1200 мм. Поврежденный участок располагается в середине пролета в зоне чистого изгиба, при этом варьируется количество, глубина и шаг нормальных трещин, а также количество и длина горизонтальных трещин. Схемы начальных дефектов и армирования сечений в середине пролета, параметры трещин и некоторые характеристики материалов (призменная прочность бетона Rb, площадь поперечного сечения А3 и диаметр с^ продольной рабочей арматуры), соответствующие различным маркам и сериям балок, указаны в табл. 2, 3. Цифры в марке балки означают вид дефекта-номер балки в серии-номер замеса.

Балки изготавливали как в заводских, так и в лабораторных условиях. Трещины моделировали с помощью металлических пластин, установленных в опалубку перед бетонированием. Уплотнение бетонной смеси балок серии 1-9 производили на виброплощадке в несколько этапов, а балок серии 10-20 глубинным вибратором.

Опытные образцы испытывали на изгиб до разрушения на гидравлическом прессе марки П-125 как однопролетные шарнирно опертые балки, загруженные двумя сосредоточенными силами. Нагрузка на балку передавалась через шарнирно опертую распределительную траверсу. Нагруже-ние образцов производили в 20-30 этапов, составляющих около 5% предполагаемой разрушающей нагрузки, с выдержкой на каждом этапе по 7-10 мин. Отсчет по приборам на стадии, близкой к разрушению, снимали дважды - сразу после приложения нагрузки и в конце выдержки. Схема испытаний и расположения измерительных приборов приведена на рис. 2.

Перед бетонированием на продольную рабочую арматуру каркаса в средней части пролета в сечениях с трещинами (МИ) и между ними (М^) наклеивали тензометрические датчики сопротивления (Т^ типа ПКБ с базой 20 мм, изготовленные ЦНИИСК заводом опытных конструкций, изделий и оборудования. Для определения деформаций бетона на боковые поверхности балок на различных уровнях по высоте сечения элемента и на верхнюю сжатую грань вдоль зоны чистого изгиба наклеивали тензодатчики (Ть) с базой 50 мм.

Для измерения деформаций арматуры и бетона с помощью тензодатчиков применяли автоматический элект-

ронный измеритель деформаций АИД-4 и цифровой тензо-метрический мост ЦТМ-5.

Прогибы балок от внешней нагрузки в середине пролета и в сечениях под силами замеряли индикаторами часового типа (И3-И8) с ценой деления 0,01 мм и пределом измерений 10 мм.

Осадку опор, которая учитывается при вычислении прогибов, измеряли прогибомерами (П1 и П2) с ценой деления 0,01 мм и пределом измерений 25 мм.

Деформации бетона, арматуры и прогибы балок измеряли вплоть до исчерпания несущей способности - раздробления бетона сжатой зоны балок.

Для оценки влияния повреждений на несущую способность элементов определяли величину нагрузок, соответствующую моментам трещинообразования и разрушения конструкций.

Момент образования трещин, их развитие по высоте и ширину раскрытия фиксировали визуально и с помощью переносного микроскопа МПБ-2 с 24-кратным увеличением и ценой деления 0,05 мм. Ширину раскрытия нормальных трещин измеряли на уровне растянутой арматуры, наклонных - в средней части по высоте сечения. Кроме того, ширину раскрытия начальной трещины в середине пролета измеряли индикатором часового типа (И9) марки ИЧ-10 с ценой деления 0,01 мм, постоянно установленным на боковой поверхности опытной балки на уровне центра тяжести растянутой арматуры.

В процессе нагружения на предварительно побеленных боковых гранях балки отмечали глубину развития трещины и соответствующий ей этап загружения.

После испытания балок отмечали трещины и места разрушения. Опытные образцы фотографировали, производили замеры глубины трещин, расстояний между ними, размеров защитных слоев арматуры и рабочей высоты сечения.

Для определения физико-механических свойств бетона одновременно с опытными балками по стандартной методике испытывали бетонные кубики со сторонами 100 и 150мм и бетонные призмы размером 100X100X400 мм. Контрольные образцы кубиков и призм были изготовлены из бетона того же замеса, что и соответствующие им опытные балки и до испытания выдерживались в тех же темпе-ратурно-влажностных условиях.

Прочностные и деформативные характеристики арматурной стали определяли испытанием на растяжение на гидравлической разрывной машине Р-50 контрольных образцов длиной 500 мм, изготовленных из арматуры соответствующих партий. Одновременно на барабане разрывной машины строили диаграмму деформирования стали. Кроме того, деформации арматуры измеряли тензодатчиками с базой 20 мм, наклеенными на ребра арматурных стержней, а также с помощью измерения индуктивности стержней мостом переменного тока.

По результатам испытаний железобетонных образцов строили графики изменения несущей способности, деформаций и прогибов балок в зависимости от вида дефекта, деформации растянутой арматуры в зоне чистого изгиба, деформации и бетона на различных уровнях по высоте сечения, прогибов, высоты и ширины раскрытия трещин. Сравнительный анализ результатов эксперимента будет приведен в части 2.

ОАО «ЦПП»

принимает заказы

В.П. ГРИНЁВ

ПРАВОВОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ДЕКЛАРАЦИИ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ И ПОРЯДОК СЕРТИФИКАЦИИ

М.: ОАО «ЦПП», 2009 Учебное пособие

Представлены результаты комплексного анализа новых положений федерального законодательства и законодательства г. Москвы по вопросам обеспечения пожарной безопасности при градостроительной деятельности. Для руководителей и сотрудников органов МСУ, государственных гражданских служащих органов исполнительной власти, руководителей и специалистов проектных и строительных организаций, предпринимателей, преподавателей, студентов, соискателей и аспирантов вузов и иных лиц, в том числе специализирующихся в области информационного обеспечения градостроительной деятельности.

В.П. ГРИНЁВ

ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО О ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

Словарь-справочник М.: ОАО «ЦПП», 2009

Представлены результаты комплексного анализа новых положений федерального законодательства о пожарной безопасности и чрезвычайных ситуациях. Словарь-справочник включает более 250 терминов, норм и определений основных понятий, используемых в нормативных правовых актах и сводах правил по вопросам пожарной безопасности и безопасности в чрезвычайных ситуациях.

Для руководителей и сотрудников органов МСУ, государственных гражданских служащих органов исполнительной власти, руководителей и специалистов проектных и строительных организаций, предпринимателей, преподавателей, студентов, соискателей и аспирантов вузов, а также работников различных организаций, в том числе и в ходе обучения по специальным программам, предусмотренным приказом МЧС России от 12 декабря 2007 г. № 645 «Об утверждении норм пожарной безопасности «Обучение мерам пожарной безопасности работников организаций».

ОАО «ЦПП»:

127238, Москва, Дмитровское ш., 46, корп. 2 Тел. 482-4294, 482-4297, 482-1517, 482-4112 Факс 482-4265 E-mail: mail@gupcpp.ru www.gupcpp.ru