2. Использование высокопрочной арматуры в армокаменных конструкциях

Гринёв В.В., Делендик С.Н. (БНТУ, г. Минск, Беларусь)

Представлены результаты исследований напряженно-деформирован-ного состояния (НДС) сборно-монолитных конструкций, изготовленных на основе пустотных бетонных камней с различным армированием. В сформулированных выводах предлагается расширить область применения пустотных вибропрессованных камней в качестве несъемной опалубки с возможностью использования арматуры класса S800.

Конструкции, в которых совместно работают элементы из различных материалов, достаточно успешно применяются в различных сочетаниях. В последнее время появились новые эффективные конструкционные материалы и изделия. В комплексных либо многокомпонентных конструкциях должны рационально совмещаться для совместной работы элементы, изготовленные из материалов, обладающих различными физико-химическими или деформативно-прочностными характеристиками [1, 2]. Выбор материалов для компонентов (элементов) и взаимное размещение в конструкции определяется их функциональным назначением, технологией изготовления. Полное использование свойства материалов компонентов характеризует эффективность конструкции.

Анализируя мировой опыт, можно заметить, что широкое распространение получили мелкоштучные бетонные пустотные камни [3-6]. Применение в современном строительстве кладки из пустотных бетонных камней отличается от традиционных тем, что пустотность (до 70%) позволяет создавать комплексные высокопрочные несущие конструкции путем заполнения пустот монолитным железобетоном.

Традиционно в качестве армирования сжатых конструкций используют ненапрягаемую арматуру [7]. Термически упрочненная арматура в сжатых элементах используется редко, основное ее назначение - преднапряженные конструкции. Изучению сжатых железобетонных элементов с высокопрочной продольной арматурой посвящены работы, выполненные в НИИЖБе, УралНИИстромпроекте, Полоцком государственном университете и других [5, 8], согласно которым предельные деформации бетона в центрально сжатых элементах достигали значений (300…600) х 10^-5. Указанные исследования указывают на то, что при деформациях бетона выше 250х10^-5 возрастает эффективность использования упрочненной арматуры, хорошо работающей в указанном деформационном диапазоне. Каменная кладка более деформативна, чем бетон из-за наличия растворных швов и неоднородной структуры [9].

Задача исследования, излагаемая в статье, состоит в изучении напряженно-деформированного состояния комплексных конструкций, изготовленных на основе бетонных пустотных камней с применением продольной арматуры S500, S800, для определения целесообразности применения последней.

Рисунок 1- Изготовление опытного образца колонны

Экспериментальные исследования проводились на образцах колонн с различным армированием, максимально приближенным к элементам натурных конструкций (рисунок 1). В образцах колонн использовались пустотелые бетонные камни из мелкозернистого бетона, изготовленные вибропресованием по технологии «Бессер».

Испытание образцов после набора прочности в естественных лабораторных условиях проводились в возрасте не менее 28 суток в гидравлическом прессе ПР-1000 при общепринятом, ступенчатом кратковременном режиме нагружения.

Схема загружения предусматривала создание условий работы конструкций как стоек с центральным приложением усилия сжатия при однозначной эпюре деформаций сечений. Передача нагрузки осуществлялась через шарнирно установленные плиты пресса.

Характеристики исходных материалов получены по результатам испытаний стандартных образцов, схема армирования опытных колонн приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики опытных образцов
№ п/п	Схема армирования поперечных сечений образцов	Продольное армирование		Поперечное армирование	Шифр образца
		Класс стали	% армирования
1		S500	1.21	Сетки сварные из 5 S500 в каждом горизонтальном шве sw=0.39%	К3
		S800	1.21		К4

Результаты измерений продольных и поперечных деформаций в предельных стадиях работы опытных образцов, а также значения разрушающих нагрузок приведены в таблице 2.

Продольные деформации, измеренные тензометрами, установленными на поверхности образцов и закрепленными на стержнях арматуры, оказались совпадающими по величине, на всем диапазоне испытаний, что свидетельствует о совместности деформирования этих компонентов сечений на всех стадиях работы конструкций.

Исследование характера развития продольных деформаций в процессе нагружения конструкций показало, что предельные деформации граней средних сечений в значительной мере зависят от вида продольного и наличия косвенного армирования [5].

Деформирование образцов, содержащих сталь классов S500 и S800 с одинаковым процентом армирования, отличаются тем, что в образцах с арматурой S800 наблюдаются более высокие значения деформации до 32710^-5, тогда как в образцах с арматурой S500 до 248  10^-5 (рисунок 2).

Анализ разрушающей нагрузки показал, что при одинаковом проценте армирования (1.21%), прочность колонн с арматурой S800 выше, чем колонн с армированием S500 см. таблицу 2 на 10%.

Таблица 2 - Предельные деформации и разрушающие нагрузки образцов – колонн
Шифр образца	Средние продольные деформации cu, х10-5	Средние поперечные деформации при образовании трещин в бетоне и соответствующие им уровни нагружения		Разрушающая нагрузка, кН
		ctu, х10-5	Ni/NRD	образца	средняя
К3	248	58	0.60	3650	3720
	237	61		3790
К4	315	60	0.65	3990	3920
	327	66		3850

Рисунок 2 - Зависимости средних продольных деформаций опытных образцов К3, К4 от уровня нагружения

Рисунок 3 – Распределения усилий в компонентах комплексного сечения колонн серии К4

Теоретическая прочность образцов рассчитана по существующей методике, в которой деформативность кладки описывается логарифмической зависимостью, это и вызвало разницу с экспериментальными данными в 13%.

На рисунке 3 две верхних ветви указывают на экспериментальную и теоретическую прочностную способность колонны К4 в зависимости от степени деформирования, три нижних - распределение прочности между составляющими ее компонентами (бетон, кладка, арматура).

В основу расчета комплексных конструкций положены зависимости, устанавливающие связь между напряжениями и деформациями: бетона, арматуры и кладки.

Проведенный анализ стоимости показал, что арматура класса S800 на 9,8% дороже S500 [10]

Заключение

1. Экспериментально-теоретическими исследованиями установлена эффективность использования в сжатых комплексных элементах высокопрочной стержневой арматуры класса S800, сжимающие напряжения в которой могут достигать 720 МПа.

2. Характеристики НДС сечений опытных комплексных железобетонных конструкций, изготовленных на основе вибропрессованных бетонных камней, свидетельствует о том, что в стадиях, близких к разрушению, реализуются возможности полного использования механических свойств арматурной стали класса S800 при сжатии.

3. Применение в качестве продольного армирования высокопрочной стержневой арматурой должно подтверждаться технико-экономическим расчетом.

4. Существующие нормы по проектированию каменных и армокаменных конструкций [9] в неполной мере описывают работу кладки из новых современных материалов.

Литература

1. Бондаренко В.М., Шагин А.Л. Расчет эффективных многокомпонентных конструкций – М.: Стройиздат, 1987. – 123 с.

2. Пастернак П.Л. Комплексные конструкции – М.: Стройвоенмориздат, 1948. – 88 с .

3. Бедов А.И., Габитов А.И. Проектирование, восстановление и усиление каменных и армокаменных конструкций: Учебное пособие. – М.: Издательство АСВ, 2006. – 568 с.

4. Соколов Б.С., Антаков А.Б. Исследование сжатых элементов каменных и армокаменных конструкций: Научное издание. – М.: Издательство АСВ, 2010. – 104 с.

5. Гринев В.В. Прочность и деформативность сжатых комплексных конструкций с использованием вибропрессованных бетонных камней: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01 - Новополоцк, 2007. - 130 с.

6. Попков Ю.В., Гринев В.В. Определение прочности сжатых комплексных конструкций на основе бетонных вибропресованных пустотных камней // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь: Сборник статей XIV международного научно-практического семинара / Под ред. Т. М. Пецольда, Н.П. Блещика, Э.И. Батяновского. – Мн.: БНТУ, 2006.Том.1 – С.135-140.

7. Бетонные и железобетонные конструкции: СНБ 5.03.01-02. – Введ. 20.06.02. - Мн.: Мин. архитектуры и строительства РБ, 2003 – 130 с.

8. Басовец С. А. Прочность сжатых железобетонных элементов различной гибкости с ненаапрягаемой высокопрочной стержневой арматурой: дис. канд. техн. наук: 05.23.01 – Новополоцк, 1999. – 122 с.

9. Каменные и армокаменные конструкции: СНиП II-22-81. – Введ. 31.31.81. – М.: Стройиздат, 1983 – 39с.

10. Электронный ресурс http://minsk.pulscen.by/products.