CC BY
87
УДК 624.012.45
ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В.В. Леденев, В.М. Струлев, Р.А. Яркин
Кафедра «Конструкции зданий и сооружений», ТГТУ
Ключевые слова и фразы: железобетонная обойма; концентратор напряжений; несущая способность; прочность и жесткость железобетонных балок.
Аннотация: Проведены экспериментальные исследования по восстановлению показателей прочности и жесткости железобетонных балок, имеющих значительные повреждения не только сжатой, но и растянутой зоны бетона, и разработке эффективных способов усиления балок.
В настоящее время на предприятиях химической промышленности из-за значительного физического износа несущих и ограждающих железобетонных конструкций наблюдается процесс демонтажа отслуживших свой срок зданий и сооружений. Строительные конструкции таких зданий имеют значительные дефекты, связанные с коррозией бетона и арматуры и, как правило, выбрасываются. Поэтому актуальны вопросы, связанные с возможностью повторного использования данных конструкций.
В литературе достаточно много уделяется внимания усилению железобетонных элементов [1 - 4], связанных или с изменением расчетной схемы или с увеличением геометрии поперечного сечения по всей длине элемента с применением дополнительной напрягаемой или ненапрягаемой арматуры. Сведений по разработке схем восстановления целостности элемента и результатов испытаний этих восстановленных элементов нет.
Всего было испытано 12 балок-образцов, поделенных на четыре серии (в зависимости от диаметра продольной арматуры). Балки с размерами 120 х 140 х 1000 мм, были выполнены в заводских условиях из тяжелого бетона класса В20. Они армировались продольной арматурой класса А-111 диаметром: Б-1 - 14 мм; Б-11 - 16 мм; Б-111 - 18 мм; Б-1У - 20 мм. Балки испытывались по однопролетной схеме на гидравлическом прессе марки ПСЧ-125 и загружались с помощью траверсы двумя сосредоточенными силами, приложенными в третях пролета, что исключало влияние поперечной силы на напряженно-деформированное состояние в центральной зоне. Прогиб образцов посередине пролета замеряли индикатором часового типа ИЧ-10. Все образцы загружали до разрушения ступенчато-возрастающей кратковременной нагрузкой.
На рис. 1 представлены схема армирования (а), пространственный каркас (б) и расчетная схема (в) балок.
Результаты испытаний показали, что все балки разрушились по сжатой зоне бетона, с образованием и раскрытием нормальных трещин, в зоне действия максимальных изгибающих моментов. В некоторых балках имелись наклонные трещины.
Б-I - Б-IV
КП1-КП4 ц I
І-І
II-II
II
950
1000
41
о
• .
15,1 9 О 15"
120 .
60,1 lr 60
tiicj
а)
б)
F/2
і
-4-
І
F/2
250
-4-
-4-1
в)
Рис. 1 Схема армирования (а), пространственный каркас (б) и расчетная схема (в) при испытании балок:
1 - продольная рабочая арматура 014.. .20 класса Л-ІІІ; 2 - поперечная арматура каркасов 010 класса Л-Ш; 3 - поперечная арматура каркасов 05 класса Вр-І
I
25
25
250
125
250
1000
Выбор схемы восстановления целостности балок был продиктован степенью их повреждений после испытания.
На рис. 2 представлена железобетонная балка Б-І после испытания с нанесением повреждений и мест расположения нормальных трещин. После испытания балки бетон сжатой зоны был разрушен на глубину 60.80 мм на длине балки 200.230 мм. В растянутой зоне балки имелись три сквозные нормальные трещины. Так как балка была сильно повреждена, то была выбрана схема восстановления ее целостности в форме железобетонной обоймы (рис. 2, б, в). Железобетонная обойма представляла собой четыре стержня диаметром 12 мм из арматуры класса А-ІІІ и поперечной арматуры 03 Вр-І. Прочность бетона, используемого для железобетонной обоймы, определялась по испытанию контрольных кубиков со стороной 100 мм. Для балки Б-Ів прочность бетона составляла 17,2 МПа.
120
012 А-Ш
егз Bp-1
25
ПО
WO
cQ
15
а - характер повреждения балки; б - схема усиления балки; в - вид балки после усиления; 1 - балка; 2 - железобетонная обойма
F, kH
' « ' -1
*•' У * X р X
и 2 4 О 8 У
/, мм
Рис. 3 Зависимость нагрузки от деформации для балок:
1 - Б-1; 2 - Б-1в
Разрушение восстановленной балки Б-1в начиналось с обоймы. Сначала при нагрузке 25 кН появились трещины в вершинах углов обоймы. При дальнейшем увеличении нагрузки они раскрывались и появлялись новые трещины - продольные вверху и горизонтальные и вертикальные внизу балки. Как видно из графика (рис. 3), такое усиление приводит к увеличению прочности на 24 %.
На рис. 4 представлена балка Б-11 после испытания с нанесением повреждений. После испытания посередине балки была разрушена сжатая зона бетона на глубину 30...50 мм и на длине 180.240 мм. В растянутой зоне бетона имелись три нормальные трещины, однако большая часть бетона растянутой зоны находилась в удовлетворительном состоянии. Восстановление целостности бетона заключалось в удалении поврежденного
Т
240
_ Л: ' \
Рис. 4 Схема усиления балки Б-П
80
60
40
20
0
бетона сжатой зоны на глубину до 50 мм и заменой новым бетоном - вставкой призматической формы прочностью на сжатие ст = = 17 МПа.
Разрушение восстановленной балки Б-11в происходило по сжатой зоне бетона с выкрашиванием бетона-вставки, что говорит о совместной работе бетона-вставки с остальной частью бетона. На рис. 5 представлены зависимости внешнего усилия от деформации (прогибов). Из графиков видно, что балки деформируются практически одинаково. Такой способ восстановления несущей способности и жесткости менее трудоемок и поэтому более предпочтителен. Однако его применение связано с техническим состоянием балки после испытания.
На рис. 6 представлена балка Б-ІІІ с нанесением дефектов после испытания. В балке после испытания была разрушена сжатая зона бетона на глубину до 50 мм на длине примерно 200 мм. В зоне действия максимального изгибающего момента имелись три нормальные трещины. Схема восстановления целостности балки Б-ІІІ была аналогична схеме балки Б-ІІв. Прочность бетона вставки составляла 18,2 МПа. Вставка была усилена тремя арматурными стержнями диаметром 4 мм класса Вр-І.
Рис. 5 Зависимость усилие-деформация для балок:
1 - Б-ІІ; 2 - Б-ІІв
sN со Л—н*-
<=> см V-,
, -і ООО .
04 Вр-1 , (=21/0
г) Рис. 6 Схема усиления балки Б-Ш:
а - повреждение балки; б - балка после удаления разрушенного бетона сжатой зоны; в, г - балка с железобетонной вставкой (в - вид спереди; г - вид сверху)
Разрушение балки Б-ІІІв начиналось с образованием и раскрытием не только нормальных, но и продольных трещин, расположенных на верхней поверхности железобетонной вставки, и ориентированных вдоль арматуры. На рис. 7 представлены графики испытания балок-близнецов. Несущую способность при таком способе восстановления целостности балки удалось восстановить на 75 %. Это связано с потерей устойчивости сжатой арматуры, которая способствовала выдавливанию бетона вставки.
На рис. 8 представлена балка Б-ІУ после испытания (а), балка после удаления поврежденного бетона сжатой и растянутой зоны (б) и схема восстановления целостности балки обоймой (в). Прочность бетона обоймы составляла 16,7 МПа. Каркас обоймы был изготовлен таким же, как и для балки Б-Ів.
На рис. 9 показаны графики испытания балок. Как и для балки Б-Ів, схема восстановления обоймой даже при меньшей прочности бетона обоймы позволила увеличить несущую способность на 24 %. Разрушение балки начиналось с образования и раскрытия трещин в углах обоймы с дальнейшим разрушением сжатой грани бетона обоймы.
Рис. 7 Зависимость усилие-деформация для балок:
1 - Б-ІІІ; 2 - Б-ІІІв
Рис. 8 Схема усиления балок Б-ІУ:
а - повреждение балки; б - балка после удаления поврежденного бетона; в - балка с установленным каркасом; г - балка с железобетонной обоймой
0 2 4 6 8 ,
I, мм
Рис. 9 Зависимость усилие-деформация для балок:
1 - Б4У; 2 - Б-1Ув
Проведенные исследования показали возможность повторного использования балок, имеющих значительные повреждения в сжатой и растянутой зоне бетона, с учетом восстановления целостности балки одним из рассмотренных способов. При этом можно не только восстановить, но и увеличить показатели прочности и жесткости.
Список литературы
1. Бондаренко С.В. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий / С.В. Бондаренко, Р.С. Санжаровский. М.: Стройиздат, 1990. - 352 с.
2. Леденев В.И. Усиление конструкций при реконструкции: Учебн. пособие / В.И. Леденев, В.В. Леденев - Тамбов: Тамбовск. ин-т хим. машиностр., 1991 -104с.
3. Леденев В.В. Предупреждение аварий / В.В. Леденев, В.И. Скрылев. М.: Изд-во АВС, 2002. - 240 с.
4 СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 76 с.
Restoration of Workability of Bending Ferroconcrete Elements V.V. Ledenev, V.M. Strulev, R.A. Yarkin
Department “Construction of Buildings and Structures”, TSTU
Key words and phrases: bearing load; durability and rigidity of ferroconcrete beams; ferroconcrete yoke; tension concentrator.
Abstract: Experimental research aimed at restoration of indexes of durability and rigidity of ferroconcrete beams having significant damages of both compressed and stretched zones of concrete are carried out; efficient ways of strengthening beams are developed.
Wiederaufbau der Arbeitsfähigkeit der biegenden Stahlbetonelemente
Zusammenfassung: Es sind die Experimentelluntersuchungen im Wiederaufbau von Festigkeitsziffern und Härte der Stahlbetonbalken, die bedeutenden Beschädigungen der nicht nur zusammengepressten, sondern auch ausgedehnten Betonzone haben, und in der Ausarbeitung der effektiven Verfahren der Balkenverstärkung durchgeführt.
Reconstruction de la capacité de travail des éléments flexibles
de béton armé
Résumé: Sont effectuées les études expérimentales sur la reconstruction des indices de la rigidité et de la solidité des poutres en béton armé ayant d’importantes détériorations des zones comprimée et étendue du béton armé et sur l’élaboration des moyens efficaces du renforcement des poutres.
