книги из ГПНТБ / Лысенко Е.Ф. Армоцементные конструкции учеб. пособие

сетчатого армирования и высокой прочности бетона, во втором—при вы­ соком коэффициенте сетчатого армирования и низкой прочности бетона.

На жесткость сечений изгибаемых элементов с дисперсным армиро­ ванием существенно влияет работа растянутого бетона над трещиной и перегибы проволок тканых сеток. При комбинированном армиро­

грузке 800 кгсфрис. 65, а), а в образцах, армированных тремя слоями той же сетки, при — 700 кгс (рис. 65, б). Нейтральная ось при этом с момента появления трещин резко перемещалась вверх. Транс­ плантация нейтральной оси зависит от содержания арматуры. Если продольная арматура составляет не более 1— 1,5% (что близко к железобетону), то нейтральная ось с появлением трещин шириной раскрытия От = 0,05 мм скачкообразно перемещается в сторону сжа­ той зоны, и прогибы резко возрастают. Увеличение содержания про­ дольной арматуры (р > 1,5%) обусловливает постепенное смещение нейтральной оси. Прогибы в этом случае нарастают равномерно по плавной кривой (рис. 65, а). Эта стадия работы армоцемента харак­ теризуется тем, что трещины разделяют растянутую зону на диски и развиваются в сторону сжатой зоны. Растягивающие усилия в сече­ ниях с трещинами воспринимаются арматурой и частично бетоном на участках между трещинами. На это влияет дисперсное армирование.

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к тому, что дефор­ мации растянутой зоны резко нарастают (рис. 64). Происходит это, в основном, за счет удлинения арматуры, сопровождается раскрытием трещин свыше ширины ат= 0,1 мм и образованием новых трещин

врастянутой зоне. Эпюра деформаций сжатой зоны приближается

кпрямоугольной форме. Жесткость сечения резко снижается и про­ гибы увеличиваются (рис. 65, а, б) без заметного приращивания на­

грузки. Эту стадию можно охарактеризовать как разрушающую. В армоцементных изгибаемых элементах величина момента трещинообразования составляет примерно 40—50% от разрушающего изги­ бающего момента.

Длительное действие нагрузки несколько изменяет картину деформативности сечений изгибаемых элементов. Наблюдается более интен­ сивное нарастание деформации сжатой зоны и меньше — растянутой зоны. При этом деформации растянутой зоны дисперсно арми­ рованных балок увеличиваются в 1,5—2 раза по сравнению с началь­ ными, а в случае комбинированного армирования в 1,3— 1,4 раза. Различие в деформативности сжатой и растянутой зон приводит к тому, что высота сжатой зоны (Xt) уменьшается в 1,5—2 раза по отношению к начальной (х0).

При длительном действии нагрузки увеличиваются прогибы. Так, по данным автора, начальные прогибы элементов за 200 суток уве­ личились в 1,5—3,5 раза. При этом полные относительные дефор­ мации сжатой зоны возросли в образцах с тремя слоями тканой сетки № 10 в 5—8 раз, а с четырьмя сетками — в 2—4 раза. Таким обра­ зом, на деформацию сжатой зоны влияет дисперсность армирования.

100

4. Зависимость напряжения-деформации при внецентренном сжатии

Здесь следует ориентироваться на исследование Н. В. Боровского, который испытывал внецентренно сжатые полые армоцементные призмы высотой 1 100 мм сечением 200 х 130 мм при толщине стенки

Рис. 66. Эпюры деформаций в сечениях внецентренно сжатых армоцементных элементов при различной нагрузке:

а — эксцентриситет 0,9hi б — эксцентриситет 0,7h; в — эксцентриситет 0,275А; е эксцен­ триситет 0,15ft.

22 мм. Процент армирования изменялся от 0,8 до 2,3, а коэффициент сетчатого армирования от 0,13 до 3,09 Мсм. Испытания проводились при различных эксцентриситетах продольной силы — 0,9Л, 0,7Л,

101

0. 275h и 0,15/z. Опыты показали, что во внецентренно сжатьа армоцементных элементах величина средних продольных деформаций изме­ няется по высоте сечения линейно. При больших эксцентриситетах (0,9/г; 0,7Л) наблюдаются значительные деформации в растянутой зоне и малые в сжатой зоне (рис. 66, а, б). Прогибы образцов были неразрыв­ но связаны с деформативностью армоцемента. Элементы разрушались по растянутой зоне. Работу армоцемента при внецентренном сжатии Н. В. Боровский оценивает аналогично стадиям изгибаемых элементов. При малых эксцентриситетах сжимающей силы N = 15-ь 18 тс (рис. 66, в, г) зависимость между напряжениями и деформациями также линейная и армоцемент деформируется упруго. С увеличением нагрузки наступает уйруго-пластическая стадия работы. Элементы разрушались при напряжениях в сжатой зоне, равных пределу проч­

ности армоцемента на сжатие.

§ 11. ПРОЦЕСС ТРЕЩИН00БРА30ВАНИЯ В АРМОЦЕМЕНТЕ (ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ АРМОЦЕМЕНТА)

1. Образование трещин

Многочисленными исследователями было отмечено, что процесс трещинообразования в армоцементе несколько отличается от подоб­ ного процесса в железобетоне. Причина этому — дисперсное армиро­ вание сечений армоцементных элементов тонкими сетками. Однако степень участия бетона в работе на растяжение армоцемента выявлена недостаточно. Это объясняется сложностью эксперимента, заключаю­ щегося в определении совместных деформаций арматуры и бетона по линии их контакта и вдали от нее, трудностью определения синхрон­ ности деформаций всех тонких проволок в пакете сеток; изменением модуля деформаций бетона в зависимости от стадии работы армоце­ мента; частым расположением трещин в армоцементе и, в связи с этим, сложностью учета работы бетона на растяжение на участках между трещинами.

Кроме того, процессы трещиностойкости, образования и раскры­ тия трещин в армоцементе имеют особое значение. Они обусловлива­ ются усадкой бетона, силовыми воздействиями, вызывающими пере­ напряжение в бетоне, наложением вторичного поля возмущений, вызванного неоднородностью бетона, на поле напряжений, возник­ шее под влиянием внешней нагрузки, осадкой опор или температур­ ными деформациями. Силовые трещины в нормальных и косых сече­ ниях чаще всего появляются в растянутых зонах элемента вследствие низкой прочности бетона на растяжение. Образование трещин снижает жесткость сечения элемента, способствует проникновению влаги и других агрессивных сред, вызывающих коррозию арматуры и пони­ жающих долговечность армоцемента.

Дискуссия о растяжимости бетона начиналась с работ Консидера

102

удлинения бетона вблизи арматуры. Несколько позже было установ­ лено, что на удлинение бетона влияет появление микротрещин. В по­ следующих работах было отмечено, что арматура не изменяет пре­ дельной растяжимости бетона. В железобетоне первые трещины появ­ ляются при удлинении порядка е = (10 -г- 20) ІО-5 . Следует раз­ личать трещины технологические и силовые. Первые зарождаются в процессе приготовления и укладки бетонной смеси. Рассмотрим этот механизм.

Согласно исследованиям проф. И. А. Ахвердова, бетонная смесь состоит из комочков различной величины и плотности, содержащих внутри воздух. Во время твердения цементного камня объем гранул сокращается и этим нарушается сцепление между ними по поверхности контакта. В результате в месте наибольшего ослабления сцепления возникают усадочные трещины. Отметим, что усадочные трещины зарождаются в связи с обоюдным сдвигом поверхностей комков бетон­ ной смеси, вызванного силами уплотнения, и обусловливаются уда­ лением воздуха.

В. Г. Бессонов наблюдал в местах расположения проволок зоны ослабленного бетона, где, уже в процессе коагуляции бетона, зарож­ дались усадочные трещины шириной до 0,001 мм. Это объясняется тем, что при уплотнении бетонной смеси вибрация сообщается и сеткам, проволоки которых, резонируя, отталкивают от себя бетон. При свар­ ных сетках подобное явление наблюдалось в меньшей степени, что можно объяснить меньшей податливостью сварных узлов. Эти тре­ щины, как правило, не видны невооруженным глазом и располага­ ются на поверхности образца хаотично. Нужно отметить, что умень­ шение шага поперечных проволок увеличивает количество зон ослаб­ ленной структуры бетона. А спрямление продольных проволок при растяжении тканых сеток вызывает деформацию поперечных прово­ лок и соответствующих зон ослабления — в результате снижается деформативность армоцемента.

Л. Г. Курбатов указывает на то, что между характером деформи­ рования и развитием трещин в армоцементе существует определенная связь.

Исследования подтвердили, что деформации армоцемента на уча­ стках, примыкающих к усадочным трещинам, уже в начале упругой стадии работы превосходят деформации бетона между трещинами. Объясняется это раскрытием усадочных трещин. Снятие нагрузки приводит к частичному закрытию усадочных трещин, но при этом сохраняются остаточные деформации порядка (2 -fr- 3) • 10~5. В начале упруго-пластической стадии работы наблюдается интенсивная дефор­ мация армоцемента, происходящая в основном за счет развития уса­ дочных трещин. В этот момент появляются новые трещины, ориен­ тированные по шагу поперечных проволок.

Н. В. Боровский и С. И. Ногин, используя, кроме электротензо- ‘метрии, ультразвуковую технику, наблюдали, что при достижении

103

свидетельствовало о разрыве бетона. В то же время отдельные тен­

XІО'5.

При высоком содержании продольной арматуры (1,5—2%) про­

цесс трещинообразования в армоцементе носит перманентный харак­ тер. Первые трещины, достигнув ширины раскрытия до 0,002 мм, дальше не развиваются, а новые трещины появляются на соседних, более слабых участках. Если содержание продольной арматуры уме­ ренное (0,5 -г- 1 %), при комбинированном армировании характер трещинообразования в армоцементе представляет что-то среднее между процессами, вышеописанными и наблюдаемыми при растяжении желе-

Рис. 67. Зависимость средних относительных удли­ нений и приращения времени распространения ультразвукового импульса в армоцементе при рас­

тяжении.

зобетона. Таким образом, в армоцементе трещинообразование претер­ певает несколько этапов: зарождение структурных трещин, появ­ ление микротрещин, связанных с незначительным приростом плас­ тических деформаций бетона, постепенное образование новых трещин с одновременным раскрытием ранее появившихся. Каждому этапу соответствует своя ширина раскрытия трещин.

2. Расстояние между трещинами и ширина их раскрытия

Уже говорилось о том, что в армоцементе микротрещины зарож­ даются в процессе усадки мелкозернистого бетона и располагаются, как правило, в зоне поперечных проволок.

При испытании армоцемента на растяжение установлено, что по мере увеличения нагрузки образуются новые и раскрываются ранее существовавшие трещины, которые располагаются на приблизи­ тельно равном расстоянии между поперечными проволоками сетки

104

лении 6 am. Раскрытие трещин до 0,05—0,1 мм в некоторых кон­ струкциях можно допустить. Защита сетки от коррозии в этом случае обеспечена, но ширина раскрытия трещин будет предельной. Такого же мнения придерживается и Р. Валькуе.

§12. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Всоответствии с требованиями нормативных документов Іі2 армоцементные конструкции следует рассчитывать по нижеприведенным группам предельных состояний.

Расчет по первой группе — по несущей способности или непри­ годности к эксплуатации, в частности, по прочности, общей или мест­

ной устойчивости, хрупкому, вязкому или усталостному разруше­ нию, качественному изменению конфигурации, текучести, сдвигу или ползучести материала, чрезмерному раскрытию трещин. Рас­ чету по прочности подлежат все конструкции. Остальные состояния проверяются в тех случаях, когда достижение одного из них может повлиять на эксплуатацию конструкции.

Расчет по второй группе — по деформациям (перемещениям), появлению или раскрытию трещин, осадок, углов поворота. Соответ­ ствующие условия проверяются для того, чтобы наступление одного из состояний не нарушало эксплуатации конструкции.

Нагрузки, их комбинации, воздействия, а также значения коэф­ фициентов перегрузки, динамичности и др. следует принимать со­ гласно требованиям строительных норм и правил123.

Статический расчет армоцементных элементов, работающих как тонкостенные пространственные конструкции, рекомендуется произ­ водить в соответствии с требованиями Инструкции по расчету тонко­ стенных пространственных конструкций. Прочность и раскрытие тре­ щин проверяются в наиболее напряженных участках конструкций. В случае, если проверяемый участок работает в условиях двухосного (разнозначного) напряженного состояния, расчетное сопротивление растяжению мелкозернистого бетона умножается на дополнительный коэффициент условия работы tut. д, который принимается в зависимо­

сти от отношения по табл. 8. Для промежу-

точных значений отношения напряжений коэффициент т6.д вычис­ ляется по интерполяции.

При расчете статически неопределимых систем и определении уси­ лий рекомендуется учитывать неупругие деформации и перераспре­ деления усилий согласно соответствующим инструкциям, а также прочностные и деформативные характеристики мелкозернистого бе­ тона (табл.1, 2). При этом должны учитываться и другие требования4.

1СНиП П-А. 10-71.

2Указания по проектированию армоцементных конструкций. М., Госстройиздат,

106

ках, где главные растягивающие напряжения больше расчетного сопротивления мелкозернистого бетона растяжению Rp, все растя­ гивающие усилия должны быть восприняты арматурой (отдельных проволок, стержней и сеток) при напряжениях в них, не превышаю­ щих расчетных (табл. 5).

Сечения армоцементных конструкций должны быть рассчитаны в стадиях изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуата­ ции, когда может возникнуть опасность достижения конструкцией одного из предельных состояний.

Прочность, жесткость и долговечность стыков сборных и сборно­ монолитных армоцементных конструкций должны быть не ниже соот­ ветствующих значений сечений самих конструкций. При этом проект­ ная марка мелкозернистого бетона по прочности на сжатие для замоноличивания стыков и заделки швов должна быть не ниже проектной марки бетона сборной конструкции.

Стыки элементов сборных и сборно-монолитных армоцементных конструкций, работающих на сжатие, надо рассчитывать на местное

Прогибы армоцементных конструкций, с учетом длительного дей­ ствия всей постоянной, части временной и часто встречающихся на­ грузок, не должны превышать величин, указанных в Нормах2.

Проверять зыбкость армоцементных конструкций следует согласно указаниям Норм. Расчет на образование трещин нужно выполнять только для предварительно напряженных армоцементных конструк­

107

Во всех остальных случаях, за исключением сечений сжатых элементов, производится расчет по раскрытию трещин. Ширина рас­ крытия трещин в армоцементных конструкциях в зависимости от ус­ ловия эксплуатации не должна превышать величин, приведенных в табл. 9.

Т а б л и ц а 9

Максимально допустимая ширина раскрытия

трещин aTt мм

0,1

0,05

Не допускается

Коэффициент условия

в зависимости от коэффициента сетчатого армирования р. сжа­ работы сеток т 0> той зоны сечения

Учитывая гибкость проволок, расчетные сопротивления сжатых сеток нужно вводить в расчет с дополнительным коэффициентом усло­ вия работы.

Формулы для расчета сечений армоцементных конструкций учи­ тывают сетчатую, проволочную и стержневую арматуру. При этом количество арматуры выражается через коэффициент сетчатого арми­

где Fc и Fyr, — площадь соответственно тонких сеток и бетона участка армоцементного элемента, см2;

fa, 8 — площадь сечения сеток на единицу длины (см2/см) и толщина прямоугольного участка (полки, стенки) армо­ цементного элемента, см.

Для сечений конструкций с комбинированным армированием при расстоянии между стержнями напрягаемой или ненапрягаемой арма­ туры не более 106 (6 — толщина полки, стенки, ребра армоцементного

108

элемента) в расчет следует вводить приведенный коэффициент сет­ чатого армирования, выраженный формулой

напрягаемой и напрягаемой арматурой;

Rc, Ra, Rh— расчетные сопротивления соответственно растянутых сеток, ненапрягаемой и напрягаемой арматуры.

Если расстояние между стержнями (проволоками) ненапрягаемой или напрягаемой арматуры более 10 6, последние учитываются без приведения к сетчатой арматуре.

§ 13. РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ

Несущую способность армоцементных конструкций определяют аналогично расчету железобетонных элементов. Наступление первого предельного состояния характеризуется достижением текучести рас­ тянутой арматуры или предельного напряжения в бетоне сжатой зоны.

Рис. 69. Эпюра напряжений и усилия в сечении центрально растяну­ того армоцементного элемента при комбинированном армировании.

В сечениях изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растя­ нутых элементов принята прямоугольная эпюра напряжений — как в бетоне сжатой зоны, так и для растянутых и сжатых сеток (ра­ бота бетона на растяжение не учитывается).

Ненапрягаемая и напрягаемая (сетчатая, проволочная и стержне­ вая) арматура вводятся в расчет со своими расчетными сопротивле­ ниями, при этом рекомендуется учитывать не более 1,5% сечения сжа­ тых сеток. В связи с тонкостенностью сечений армоцементных эле­ ментов за расчетное сопротивление бетона сжатию принимают приз­ менную прочность.

1. Центрально растянутые элементы. К ним относят: стенки круг­ лых в плане резервуаров и напорных трубопроводов, затяжки арок

109