С. Ю. ЦЕЙТЛИН, д-р техн. наук, Д. И. ЯРОВСКИЙ, инж. (МНИПТИ Стройиндустрия), Прочность бетона на площадкам

В МНИПТИ Стройиндустрия проведены экспериментальные исследования прочности бетона при смятии по очень малым площадкам, под которыми понимают площадки с отношением всей расчетной площади сечения элемента к площади смятия более 16, что соответствует предусмотренному СНиП 2.03.1—84 пределу ф=2,5. Опыты проводили на образцах-кубах с ребром 150 мм по схеме загружения, показанной на рис. 1.

Во избежание преждевременного раскалывания при испытании образцы армировали двумя рамками из арматуры диаметром 12 мм из стали класса А-III. Рамки намного меньше предусмотренного в нормах конструктивного минимума, при котором учитывается косвенное армирование сечений, поэтому их можно не учитывать в расчетах. Для контроля результатов после достижения прочности смятия проводили аналогичное испытание в положении куба на боку; результаты были близки основным.

Применяли два вида бетонов: тяжелый и керамзитобетон. Тяжелый бетон имел прочность к моменту испытаний 8,5; 14,5 и 17,4 МПа. Керамзитобетонные образцы прочностью 3,2 и 8,5 МПа изготовляли из поризованного керамзитобетона, прочностью 13,2— из плотного керамзитобетона. Составы керамзитобетона на 1 м3 приведены в табл. 1.

Смятие создавали штампами плоской круглой формы. Площади штампов варьировали и составляли 242; 705 и 1170 мм2, диаметры штампов D — 17,6; 30 и 38,7 мм. Отношения площади образца к площади штампа составляли 93; 32 и 19. Корни кубические ф6 из этих величин, обычно рассматриваемые в качестве характеристики местного смятия, равны соответственно 4,53; 3,17 и 2,66, т. е. были больше граничного значения, принимаемого в нормах (2,5 для бетонов класса выше В7,5). Крупность щебня тяжелого бетона и керамзита в керамзитобетоне была 10... 15 мм, т. е. меньше размеров штампов.

Всего было проведено 30 испытаний на образцах из тяжелого бетона и 75 — на керамзитобетоне.

При измерении проникания штампа в бетон записывали график в координатах «сила — перемещение». В процессе загружения бетон под штампом сжимался, последний проникал в массив, причем при одинаковых приращениях нагрузки перемещения штампа сначала увеличивались равномерно, а затем нарастали более быстро. За предельное состояние по смятию в запас было принято состояние, при котором приращения становились нелинейными по отношению к нагрузке и быстро возрастали (рис. 2).

Результаты испытаний образцов на смятие приведены в табл. 2. Здесь показана величина традиционно используемая при определении отношения прочности на смятие к прочности при сжатии, а также средняя для данной площади штампа величина 6СМ.



Из табл. 2 видно, что отношение прочности бетона на смятие по малым площадкам к прочности на сжатие в рассматриваемых пределах зависит от вида бетона. Для тяжелого бетона это отношение в 2...4 раза выше, чем у керамзитобетона. По сравнению с расчетными отношениями по СНиП 2.03.01 — 84 для тяжелого бетона опытное превышение kCM над составляет 1.5...2.5 раза, для керамзитобетона, наоборот, см снижается по сравнению примерно на 20 %.

Отношение прочности на смятие по малым площадкам к прочности на сжатие практически не зависит от прочности бетона, но сильно возрастает при уменьшении размера штампа.


На рис. 3 показаны средние опытные значения kcu, полученные отдельно для тяжелого и керамзитобетона. Для тяжелого бетона


Эти формулы получены методом наименьших квадратов и скорректированы таким образом, чтобы в наиболее простой форме точно выражать результаты опытов. Нужно подчеркнуть, что формулы справедливы на интервале 1ф5 для бетонов прочностью примерно 3... 18 МПа.

Согласно СНиП 2.03.01—84 для тяжелых и легких бетонов классов выше В7,5 принимается одинаковое фб г2,5 и тогда, полагая Rb = = 0,75 Д, по нормам получается одинаковое для обоих видов бетона максимальное значение feCM=0,75-2,5=1,875, а для класса В7,5 и ниже. Эти значения хорошо совпадают с экспериментальными данными для керамзитобетона, но намного ниже экспериментальных данных для тяжелого бетона (см. рис. 3).


Полученные данные о прочности бетона на смятие по очень малым площадкам использованы при анализе прочности заделки петель по смятию бетона и при определении необходимого усиления их в керамзитобетоне.

Выводы

С уменьшением площадки смятия прочность бетона на смятие возрастает, особенно для тяжелого бетона.

Относительная прочность на смятие по очень малым площадкам в интервале 1ф65 для керамзитобетона в 2...4 раза ниже, чем для тяжелого. В связи с этим приводимые в СНиП 2.03.01—84 (п. 3.39) унифицированные рекомендации по расчету на смятие элементов из тяжелых и легких бетонов следует разделить и установить их разными в зависимости от вида бетона.

С развитием вычислительной техники и программного обеспечения ЭВМ появилась возможность статистического моделирования деформаций ползучести бетона на основе известных результатов исследования деформаций ползучести бетона в зависимости от различных факторов. Основное преимущество таких моделей по сравнению с существующими, используемыми в феноменологических теориях ползучести бетона, заключается в том, что они имеют обобщающий характер и не требуют определения констант из опытов, так как сами модели получены на основе большого числа экспериментальных данных.

Бетон и железобетон, 1992 №11