В. С. УТКИН, канд. техн. наук, Е. Н, ШАХОВА, инж. (Вологодский политехнический ин-т), Снижение металлоемкости в сборном железобетоне за счет применения отъемной арматуры
В сборных железобетонных конструкциях проектами предусмотрено армирование тех частей элементов, которые испытывают растяжение в период изготовления, транспортирования, хранения и монтажа. В эксплуатационный период эта арматура обычно становится излишней, т. к. в этих частях конструкции формируются сжимающие напряжения. Такими зонами элементов являются, например, верхние участки плит перекрытия, балок, ферм вблизи монтажных петель. В современных многопустотных плитах перекрытий (серия 1.141,— 1) предусмотрено их армирование сварными сетками по всей длине в верхней части плиты. В последнее время эти сетки укладываются на отдельных участках плиты (рис. 1), что дает некоторую экономию металла, но не решает проблему до конца, т. к. часть металла остается не востребованной на весь период эксплуатации.
Можно пойти еще дальше и отказаться от сеточного армирования, применив временную отъемную арматуру на период от изготовления до монтажа. Отъемная арматура представляет собой тонкий (0,5—0,8 мм) стальной лист с отверстиями (перфорациями) для обеспечения сцепления с бетоном изделия и передачи растягивающего усилия от бетона на арматуру через образующиеся в отверстиях листа шпонки. Так как арматура подлежит отъему от бетона, то защитный слой бетона в этом случае отсутствует.
С целью выявления возможности устройства такой арматуры и изучения её работоспособности были проведены лабораторные исследования балок (образцов) при изгибе без армирования растянутой области бетона, с армированием стальными листами с круглыми отверстиями и с армированием стержнями обычной арматуры (с защитным слоем).
Балки изготовлялись из мелкозернистого (песчаного) бетона состава 1:2 с выдержкой в пропарочных камерах в заводских условиях вместе с изделиями завода в течение 10 часов. Отъемную арматуру изготавливали из оцинкованных стальных листов с высверливанием или вырубанием отверстий. Листы укладывали на дно деревянной опалубки, уплотнение бетона проводилось на вибростенде.
Проводились испытания различных образцов, отличающихся толщиной листа отъемной арматуры, диаметром отверстий, их количеством и характером расположения. Балочки — образцы испытывались трехточечным изгибом на машине Р-50. Разрушение происходило в виде среза (сдвига) шпонок в отверстиях арматуры и последующего излома балки. Косвенной мерой несущей способности балочек было принято значение разрушающей нагрузки. Отдельные результаты после математической обработки приведены в таблице. Сравнивая результаты испытания, видно, что толщина листа арматуры мало влияет на прочность шпонок при одинаковом их количестве. Гораздо большее значение на прочность образцов оказала общая площадь сечения шпонок, определяемая диаметром и количеством отверстий на листе арматуры.
Сравнивая результаты испытаний опытных балочек при примерно одинаковых площадях поперечного сечения (нетто) арматуры (стержневой и листовой) видно, что разрушающая нагрузка балок с листовой арматурой оказалась больше, чем со стержневой, на 26 %.
Так как все-разрушения образцов с отъемной арматурой происходили с нарушением сцепления её с бетоном после среза шпонок, то представляло интерес усилить сопротивление срезу, применив листы, перфорированные с вытяжкой кромок на 2—3 мм из плоскости листа в отверстиях. Прочность при этом повысилась на 30 %. Это указывает на дополнительную возможность снижения материалоемкости конструкции с отъемной арматурой.
Все результаты опытов и расчетов приведены для одного случая — трехточечного изгиба балок. Для других случаев нагружения и деформирования различных изделий сдвигающие усилия, срезающие бетонные шпонки, будут изменяться по другому закону по длине отъемной арматуры, что необходимо учесть при проектировании конструкций.
Были проведены исследования значений усилий при отрыве отъемной арматуры от бетонных изделий. Среднее значение усилия отрыва арматурного листа в наших опытах составило 140 Н/м, что указывает на сравнительно свободное отделение арматуры от бетона. В случае применения листов с вытяжкой кромок до 3 мм сила отрыва повышалась до 5000 Н/м, что также приемлемо для существующих условий монтажа конструкций. При этом неисправимых повреждений листов арматуры не наблюдалось. Это свидетельствует о возможности многократного использования такой арматуры при заводском производстве изделий и за счет этого получить значительное снижение металлоемкости в сборном железобетоне.
Первые результаты испытаний и анализа дают основание считать, что выбранное направление снижения металлоемкости за счет применения отъемной арматуры перспективно не только для плит перекрытий, но также и для других конструкций. Например, в преднапряженных элементах, в которых созданием сжимающих напряжений в одних частях наводятся растягивающие напряжения в других частях элемента. На период максимального воздействия, т. е. проектного положения и полного загружения элементов расчетной полезной нагрузкой в этих частях можно уложить отъемную арматуру. Тем самым можно повысить предварительное напряжение или уменьшить расход арматуры для восприятия временных растягивающих усилий.
Вторым примером перспективы применения отъемной арматуры могут служить железобетонные лотки, трубы, сваи заводского изготовления, имеющие большую протяженность и соответственно большие изгибающие моменты в период перевозки и монтажа.
Бетон и железобетон, 1993 №11