Разделы сайта:

Главная

История бетона

Состав бетона

Водонепроницаемый бетон

Монолитный бетон

Электропроводный бетон

Железобетон

Полимербетон

Добавки в бетон

Материалы для бетонной смеси

Специальные цементы

Заполнители бетона

Производство цемента

Бетон и железобетон

Ю. А. ТЕВЕЛЕВ, канд. техн. наук, О. Ю. Р. И. БЕРГЕН, канд. техн. наук (МГМИ), Исследование прочности безнапорных труб

В течение нескольких лет Союзводпроект и МГМИ проводят исследования прочности и трещиностойкости безнапорных железобетонных труб. Результаты многочисленных статических испытаний труб показали, что типовые конструкции имеют существенные запасы по трещиностойкости, определяемой действующими нормативными документами.

Союзводпроект исследовал трубы диаметром 1000 мм. Всего было испытано 7 образцов длиной по 2,5 м нормальной и повышенной прочности. В трубах нормальной прочности с двойным каркасом шаг арматуры диаметром 6 мм класса и трещиностойкости

На Запорожском заводе ЖБИ МГМИ испытывал трубы диаметрами 1000 и 1200 мм, армированные одиночным круговым или эллиптическим каркасами, что позволило сократить расход стали и технологические трудозатраты. Целью экспериментов было установление реальной трещиностойкости конструкций с упрощенным армированием. Основные характеристики испытанных труб приведены в табл. 1.

Режим каждого цикла формования способом центрифугирования труб принят по инструкции : заполнение и распределение смеси в течение 3 мин,, при 70 об/мин, уплотнение смеси в течение 20 мин при 150 об/мин. Тепловлажностную обработку производили в пропарочной камере при 70 .. 80°С в течение 8 ч в горизонтальном положении.

Статические испытания проводили по стандартной трехлинейной схеме. В процессе испытаний с ростом нагрузки измеряли деформации контура трубы на уровне вертикального и горизонтального диаметров прогибомерами индикаторами часового типа с ценой деления 0,1 мм> наблюдали за моментом появления трещин и кинетикой их развития с помощью микроскопа, фиксировали высоту трещин hbcrc Особое внимание при испытаниях обращали на нагрузки, при которых образовывались трещины с шириной раскрытия 0,2 мм и разрушалась конструкция.

Реальную прочность бетона в изделии на основе формулы для деформации кольца определяли с помощью начального модуля упругости бетона по начальному участку нагружения

По моменту трещинообразования в вертикальном и горизонтальном сечениях трубы находилась величина Rbth

Обработка результатов опытов показала, что средняя прочность бетона в трубах составила на 10-е сутки 45, в кубах— 35,5 МПа. Соотношение между прочностью центрифугированного и вибрированного бетонов составило примерно 1,27. На 20-е сутки средняя прочность бетона в трубах составила 64, в кубах — 46 МПа. Соотношение прочности составило примерно 1,39. Таким образом, средний коэффициент перехода составил 1,33, что с большей точностью совпадает с рекомендуемым, равным 1,35.

В опытах были найдены среднеквадратичные отклонения прочностной для труб каждой серии в зависимости от возраста. Коэффициент вариации V = R 100% составил в среднем 9%, т. е. в 1,5 раза меньше нормативного 13,5%.

Используя найденные значения V, были определены R=R( 1—1,64 К), из которых следует, что уже на 10-е сутки с требуемой надежностью бетон применяемого состава имел проектную прочность 30 МПа. На 22-е сутки обеспеченная прочность составила уже 49 МПа, т. е. в 1,6 раза выше проектной.

Из табл. 2 следует, что трубы разрушались при нагрузках, близких к расчетным при данных прочностях бетона. Среднее значение 0,95 Pp. Соотношение между усилием, при котором максимальная трещина достигла нормируемой ширины 0,2 мм, и разрушающим усилием составило в среднем 0,709, т. е. на 29% больше нормируемой 0,55-Рр.

Наибольший интерес представляет анализ трещинообразования в конструкциях. Это связано с тем, что экспериментальные значения асго значительно отличаются от расчетных, определяемых по СНиП 2.03.01—84. В качестве примера на рис. 1 показаны прямые аСГс — Р, найденные по нормам, в сопоставлении с опытными зависимостями для различно армированных труб нормальной прочности. Удовлетворительно отражая кинетику процесса (наклон прямой), расчетные значения а«-с имеют систематическое превышение над экспериментальными.

Поскольку при расчетах аСГс важным является определение напряжений в арматуре в сечении, в процессе опытов измеряли h3crc с ростом нагрузки, и далее вычисляли плечо рабочей пары арматуры по приближенной зависимости

Результаты показали, что Zi медленно нарастает от среднего значения 0,78-70,05 мм и до 0,9 при 0,2 мм независимо от армирования труб. Найденное по СНиП 2.03.01—84 значение составило 0,88...0,9 h0, т. е. оказалось близким к экспериментальному и может быть принято в расчетах при нахождении сга.

Объяснением для имеющихся отклонений нормативных значений аСГс от эксперимента может служить неучитываемая в расчетной нормативной зависимости для аСгс прочность бетона конструкции, т. е. пренебрежение моментом трещинообразования МСгс= RbthWpi. При учете прочности бетона напряжение в арматуре в сечении с трещиной будет определено как 0а по формуле

В нормах, основанных на испытаниях изгибаемых балочных элементов, в которых образуется система регулярных близкостоящих трещин, максимальные трещины развиваются медленнее, чем в трубах с одиночными трещинами, которые образуются при испытаниях непосредственно под грузом, и раскрываются быстрее. В результате в изгибаемых элементах момент трещинообразования составляет 5... 10% момента, соответствующего нормируемой ширине трещины, т. е. пренебрежимо мал, а трубах он составляет 25,..40%.

Уточненный расчет асгс подтверждается положительными результатами испытаний труб диаметрами 1000... 1200 мм, армированных одиночным круговым каркасом.

Многолетний опыт эксплуатации и испытаний безнапорных труб, изготовляемых по типовому проекту, показал, что армирование, определяемое по I предельному состоянию, обеспечивает также и трещиностойкость конструкций. Однако, если нормативный расчет по раскрытию трещин применен к типовым конструкциям на этой стадии нагружения, т. е. без учета перераспределения моментов, то расход стали следует увеличить в среднем на 25%, как показано на на рис. 4. Уточненная методика расчета аСгс объясняет это явление и показывает, что конструкции армированы правильно.

Выводы

В расчетах ширины раскрытия трещин в ее нормируемом диапазоне необходимо учитывать прочность бетона, вводя в формулу для определения напряжений в арматуре в сечении с трещиной момент трещинообразования. В пределах прочности бетона 30...70 МПа нормы хорошо отражает кинетику аСГс с ростом и можно с достаточной точностью принять, что влияние прочности бетона на снижение расчетного значения acre постоянно. При этом с 95%-ной достоверностью коэффициент снижения а "гс найденной по СНиП 2.03.01—84, составит 0,7, т. е. асгс = 0,7 агс. Учет влияния прочности бетона в расчетах объясняет положительные результаты статических испытаний труб диаметром 1000 и 1200 мм с одиночным каркасом.