CC BY
84
УДК 624.012 : 69.059.3
О НЕКОТОРЫХ РЕЗУЛЬТАТАХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАТИВНОСТИ СЖАТЫХ УСИЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОЙМАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САМОУПЛОТНЯЮЩЕГОСЯ СТАЛЕФИБРОБЕТОНА
П.Г. Поднебесов, В.В. Теряник
Представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния на прочность и деформативность сжатых усиленных элементов вида бетона в обойме.
Ключевые слова: самоуплотняющийся сталефибробетон, обойма, фибра, комбинированное армирование, ССФБ, СУБ
Существует достаточно много способов усиления железобетонных колонн. Самым простым по трудовым и экономическим затратам являются обоймы. Данный вопрос хорошо изучен, что отражено в литературе [5], однако с развитием инновационных материалов существующих способов усиления недостаточно.
В развитие работ [2, 6], авторами статьи проведены экспериментальные исследования влияния на прочность и деформативность сжатых железобетонных колонн разновидности бетона усиления.
В соответствии с нормами проектирования железобетонных элементов [5] были изготовлены образцы колонн сечением 80х 140 мм, длиной 900 мм (X = 39) из самоуплотняющегося бетона В20 (М250) состава 1:0,91:3,14 при водоцементном отношении 0,52. В качестве крупного заполнителя применялся гранитный отсев фракции 0-5 мм. Эффект самоуплотнения достигался использованием химической добавки поликарбоксилат концентрацией 1,5 % от массы цемента. Осадка конуса 22-24 см. Контроль прочности осуществлялся испытанием бетонных кубиков стандартной величины. Продольное армирование элементов: 4 стержня диаметром 8 мм АШ (А400), предел текучести 440 МПа, предел прочности 640 МПа, относительное удлинение 27 %. Поперечное армирование выполнено в виде замкнутых хомутов из арматуры 5 мм Вр-1 (В500) с шагом 120 мм.
Усиление колонн производилось обоймами круглого сечения с использованием самоуплотняющегося бетона (СУБ) и самоуплотняющегося стале-фибробетона (ССФБ). Для исключения смятия колонн была предусмотрена конструкция усиления оголовка. Способ обработки поверхности усиливаемого элемента был выбран стандартным, то есть за 1 час до бетонирования поверхность колонны очищалась от пыли щетками и промывалась водой.
Обоймы изготовлялись двух видов:
- из СУБ В20 (М250) состава 1:0,91:3,14;
- из ССФБ, бетон-матрица В20 (М250) состава 1:0,91:3,14.
Армирование обойм элементов ЭСУ выполнено стандартным: 6 стержней диаметром 8 мм АШ (А400) в продольном направлении и диаметром 6 мм А1 (А240) с шагом 80 мм - в поперечном, однако поперечные хомуты были загнуты таким образом, чтобы получилось кольцо.
Армирование обойм в элементах ЭСУ (ф) выполнено комбинированным: стержневым, по аналогии с элементами ЭСУ, и стальной волновой латунированной фиброй (длина волокна 15 мм, диаметр 0,3 мм, М=50). Процент армирования был выбран исходя из исследований [1, 7] и составил 2 % фибрового волокна по объёму, то есть 130 кг/м3. Высота обойм принималась из опыта проектирования равной высоте колонны.
Следует отметить, что стальная фибра вводилась в состав бетона постепенно. Вследствие использования добавки поликарбоксилат, а также постепенного введения фибры в бетонной смеси не образовывались комки и ежи, цементное тесто не скапливалось на фибре, а фибра, в свою очередь, равномерно распределялась по объёму фиб-робетона. К числу положительных моментов стоит отнести и тот факт, что бетонная смесь после заливки в металлоформы не уплотнялась механически. Таким образом, была сокращена трудоёмкость изготовления железобетонных элементов.
Для предотвращения смятия в опорных частях обоймы шаг поперечных хомутов уменьшался вдвое в соответствии с [3].
Для измерения деформаций на продольную и поперечную арматуру наклеивались фольговые тензорезиторы КФ5П1-20-200, на них наносился герметик. Гидроизоляция выполнялась слоем эпоксидной смолы. Расположение тензорезисторов было следующим: продольная арматура усиливаемого элемента и обоймы, поперечная арматура обоймы.
Для испытания элементы изготовлены с симметричным армированием на формовочном участке завода ТЗЖБИ (г. Тольятти Самарской области).
Статические испытания проводилось в строительной лаборатории кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Тольяттинского государственного университета с использованием пресса П-250 на осевое сжатие. Нагрузка прикладывалась ступенями, равными 10 % от разрушающей нагрузки. Регистрация деформаций осуществлялась тензометрической станцией ММТС-64.01.
Проведенные исследования показали, что железобетонные элементы ЭС разрушались с образованием продольных трещин. Усиленные образцы разрушались по обойме, заметного отслоения бетона обойм не обнаружено. Экспериментальные элементы разрушались по обойме с образованием продольных трещин, выпучивания продольной арматуры не обнаружено. Характер разрушения обойм показывает наличие в них поперечных деформаций (рис. 1).
Разрушающая нагрузка для образцов ЭС составила в среднем 225 кН. Образцы с обоймой, выполненной из ССФБ (ЭСУ 2-1ф), показали наибольшую несущую способность по сравнению с остальными элементами, которая составила 675 кН. Деформации в продольной арматуре обоймы составили 240 10-5, в поперечной арматуре обоймы - 15710-5. Несущая способность элементов, обойма которых выполнена из СУБ (ЭСУ 2-1), составила 620 кН. Деформации в продольной арматуре обоймы составили 15410-5, в поперечной арматуре обоймы - 46 10-5.
Отмечено также, что железобетонные обоймы включались в работу несколько позже, за счёт не-
значительного проскальзывания по поверхности элемента.
Элементы ЭСУ (ф) деформировались с образованием сетки мелких «волосяных» трещин (рис. 1), в то время как ЭСУ - с образованием вертикальных трещин, ширина которых многим больше ширины раскрытия в обоймах из ССФБ.
Как видно из рис. 2, 3, в элементах ЭСУ(ф) с ростом нагрузки возрастают продольные и поперечные деформации, однако образование трещин долгое время не наблюдается. Максимальная концентрация сеток трещин отмечена в опорных частях элементов. В то время как в ЭСУ с ростом нагрузки начинает разрушаться элемент, образовываются продольные трещины по всей высоте обоймы.
Таким образом, стальная волновая латунированная фибра действительно сдерживает поперечные деформации в обойме железобетонного элемента.
По результатам испытаний самоуплотняющийся сталефибробетон является наиболее выгодным инновационным материалом с точки зрения новизны и технического результата. На данный момент широкое применение данного вида бетона сдерживает пока еще высокая цена фибрового волокна. Как отмечалось в статье [4], существует эмпирическая зависимость между классами бетона на сжатие и растяжение при изгибе. Исходя из этого, ССФБ В20(М250) эквивалентен бетону В30(М400). Таким образом, запустив стальную фибру в массовое производство, есть возможность
Рис. 1. Вид разрушения элементов ЭСУ (ф): 1 - стальная волновая латунированная фибра; 2 - бетон обоймы
Теория расчета строительных конструкций
700
•ЭС 2-1 •ЭСУ1-1ф ЭСУ 2-1
100 150 200 250 300
Деформации, е*10"5 Рис. 2. Зависимость N-£30 для элементов: ЭС2-1, ЭСУ 2-1ф, ЭСУ2-1
700
■ЭСУ 1-1 ф ЭСУ 2-1
50 100 150
Деформации, езсЮ"'
200
Рис. 3. Зависимость N-£w для элементов: ЭС2-1, ЭСУ 2-1ф, ЭСУ2-1
снизить стоимость товарного фибробетона по отношению к обычному В30.
Следовательно, есть все предпосылки получить максимальный эффект от применения самоуплотняющегося сталефибробетона.
Литература
1. Влияние фибр на прочностные характеристики фибробетона / М.С. Спицына, О.В. Ло-шакова, В.М. Струлев и др. // Труды ТГТУ: сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. Вып. 16. -Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2004. -С. 31-34.
2. Новые конструктивные решения усиления сжатых элементов обоймами / В.В. Теряник,
A.Ю. Бирюков, А.О. Борисов и др. // Жилищное строительство. - 2009. - № 7. - С. 8-9.
3. Пат. 2486322 Российская Федерация. Элемент усиления колонны / П.Г. Поднебесов,
B.В. Теряник; заявитель и патентообладатель П.Г. Поднебесов. - № 2011149086; заявл. 01.12.2011; опубл. 27.06.2013, Бюл. №18. - 2 с.
4. Поднебесов, П.Г. Особенности применения самоуплотняющегося сталефибробетона при усилении железобетонных колонн / П.Г. Поднебе-сов, В.В. Теряник / Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». - 2014. - Т. 14, № 1. - С. 23-26.
5. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России; Введ.
1988. - М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1988 (ФГУП НИЦ «Строительство» Росстроя). - 110 с.
6. Теряник, В.В. Прочность, устойчивость и деформативность железобетонных колонн, усиление обоймами / В.В. Теряник. - Челябинск: Южно-
Уральское книжное издательство, 2004. - 188 с.
7. Хегай, А.О. Внецентренно сжатые элементы из фибробетона, армированные высокопрочной арматурой: автореф. дис. ... канд. техн. наук/А.О. Хегай. - Санкт-Петербург, 2011. - 21 с.
Поднебесов Павел Геннадьевич, аспирант кафедры «Промышленное и гражданское строительство», Тольяттинский государственный университет, [email protected]
Теряник Владимир Васильевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Промышленное и гражданское строительство», Тольяттинский государственный университет, [email protected]
Поступила в редакцию 6 октября 2014 г.
Bulletin of the South Ural State University Series "Construction Engineering and Architecture" _2014, vol. 14, no. 4, pp. 30-33
ON THE RESULTS OF EXPERIMENTAL RESEARCH IN STRENGTH AND DEFORMABILITY OF COMPRESSED ELEMENTS STRENGTHENING BY CAGE CONSTRUCTIONS WITH THE USE OF SELF-CONSOLIDATING STEEL FIBER CONCRETE
P.G. Podnebesov, Togliatti State University, Togliatti, Samara Region, Russian Federation, [email protected] V.V. Teryanik, Togliatti State University, Togliatti, Samara Region, Russian Federation, [email protected]
The results of experimental research of the influence of concrete in cage constructions on strength and deformability of concrete compressed elements are given.
Keywords: self-consolidating steel fiber concrete, cage construction, fiber,combined reinforcement, glass fiber reinforced concrete, self-compacting concrete.
References
1. Spitsyna M.S., Loshakova O.V., Strulev V.M., Ledenev V.V. [Influence of fibers on strength characteristics fiberconcrete]. Works of TGTU: Collection of scientific articles of young scientists and students. Tambov, Tamb. St. Univ. Publ., 2004, iss. 16, pp. 31-34 (in Russ.)
2. Teryanik V.V., Biryukov A.Yu., Borisov A.O., Shchipanov R.V. [New structural concepts of strengthening of compressed members with fixtures]. Housing construction, 2009, no. 7, pp. 8-9. (in Russ.)
3. Podnebesov P.G., Teryanik V.V. Element usileniya kolonny [Element of pillar reinforcement]. Patent RF, no. 2486322, Application 27.06.2013.
4. Podnebesov P.G., Teryanik V.V. [Peculiarities of self-consolidating steel fiber concrete using with strengthening reinforced concrete columns]. Bulletin of South Ural State University. Ser. Construction engineering and architecture, 2014, vol. 14, no. 1, pp. 23-26 (in Russ.).
5. SNiP 2.03.01-84*. Betonnye i zhelezobetonnye konstruktsii [Construction rules 2.03.01-84*. Concrete and reinforced concrete constructions]. Moscow, Stroitelstvo Publ., 1988, 110 p.
6. Teryanik V.V. Prochnost', ustoychivost' i deformativnost' zhelezobetonnykh kolonn, usilenie oboymami [Durability, stability and deformability of reinforce concrete columns, strengthening by jackening constructions]. Chelyabinsk, Southern Ural book publ., 2004, 188 p.
7. Khegay, A.O. Vnetsentrenno szhatye elementy iz fibrobetona, armirovannye vysokoprochnoy armaturoy. Avtoref. kand. diss. [Non-central stressed elements of fiber concrete, reinforced by high-strength fittings. Abstract of cand. diss.]. St. Petersburg, 2011, 21 p.
Received 6 October 2014
