А.И.ЗВЕЗДОВ, А.С.ЗАЛЕСОВ, Т.А.МУХАМЕДИЕВ, Е.А.ЧИСТЯКОВ, доктора техн.наук (НИИЖБ), Конструктивные требования к железобетонным конструкциям в новых нормативных документах
Основные принципы назначения конструктивных требований, обеспечивающих требуемую надежность проектируемых конструкций, сформулированы в новых нормативных документах для случаев, когда:- расчетом не представляется возможным точно и определенно полностью гарантировать сопротивление конструкции внешним нагрузкам и воздействиям;
- расчеты могут выполняться только в рамках определенных граничных конструктивных условий;
- технология возведения и изготовления конструкций может быть обеспечена при определенных конструктивных условиях.
В новых нормативных документах сформулированы конкретные результаты, которые должны обеспечиваться выполнением требований к геометрическим размерам конструкций, к защитному слою бетона, к минимальным и максимальным расстояниям между стержнями арматуры, к относительному содержанию арматуры, к анкеровке и соединениям арматуры, к защите конструкций от неблагоприятного влияния внешней среды.
Выполнение требований к геометрическим размерам должно обеспечивать:
- надежную анкеровку арматуры;
- совместную работу арматуры с бетоном;
-достаточную жесткость конструкции;
- возможность качественного бетонирования конструкции.
Выполнение требований к минимальным расстояниям между стержнями арматуры должно обеспечивать:
- совместную работу арматуры с бетоном;
- надежные анкеровку и стыковку арматуры;
- возможность качественного бетонирования конструкции.
Выполнение требований к защитному слою бетона должно обеспечивать:
- защиту арматуры от внешних воздействий;
- совместную работу арматуры с бетоном;
- возможность анкеровки и стыковки арматуры;
- возможность качественного бетонирования конструкции.
Выполнение требований к максимальным расстояниям между стержнями арматуры должно обеспечивать:
- эффективное вовлечение в работу бетона;
- равномерное распределение напряжений в сечении элемента;
- ограничение ширины раскрытия трещин между стержнями арматуры.
Выполнение требований к относительному содержанию арматуры в железобетонном элементе должно обеспечивать работу элемента с учетом арматуры.
Выполнение требований канкеровке и соединениям арматуры должно обеспечивать:
- восприятие усилий в арматуре в рассматриваемом сечении;
- передачу усилий от одного соединяемого (стыкуемого) стержня к другому.
Выполнение требований к защите конструкции от внешних воздействий должно обеспечивать их долговечность и коррозионную стойкость конструкций, находящихся в условиях сильно агрессивных сред.
В новых нормативных документах минимальное относительное содержание продольной арматуры увеличено до значения 0,1% - в отличие от значения 0,05% по действующему СНиП. Это вызвано необходимостью повысить надежность железобетонных конструкций, так как принятое в действующем СНиП минимальное значение содержания продольной арматуры является заниженным и существенно меньше значений, принятых во всех зарубежных и международных нормах. Следует также отметить, что минимальное значение относительного количества продольной арматуры выявляется из расчета по деформационной модели в тех случаях, когда в предельном состоянии элемента по прочности относительные деформации в продольной растянутой арматуре достигают своих предельных значений ранее, чем деформации сжатого бетона и возникает опасность разрушения элемента от разрыва арматуры.
Установлены общие правила для назначения максимального расстояния между стержнями рабочей продольной арматуры в различных элементах:
в балках и плитах:
- не более 200 мм при высоте поперечного сечения h до 150 мм;
- не более 1,5h и 400 мм при высоте поперечного сечения h более 150 мм;
в стенах:
- не более 2t и 400 мм (t - толщина стены) для вертикальной арматуры;
- не более 400 мм для горизонтальной арматуры.
В новых нормативных документах откор-ректированы правила установки поперечной арматуры в зависимости от типа элемента и восприятия им по расчету поперечной силы.
В любых железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, шаг поперечной арматуры установлен не более 0,5 h0 и не более 300 мм.
В сплошных плитах, в часторебристых плитах высотой менее 300 мм, а также в балках (ребрах) высотой менее 150 мм на участках элемента, где поперечная сила воспринимается только бетоном, поперечную арматуру допущено не устанавливать.
В балках и ребрах высотой 150 мм и более, а также в часторебристых плитах высотой 300 мм и более на участках элемента, где поперечная сила воспринимается только бетоном,принято требование устанавливать поперечную арматуру с шагом не более 0,75 h0 и не более 500 мм.
В новых нормативных документах с учетом международного опыта проектирования существенно усовершенствована методика определения длины анкеровки арматуры и длины соединения арматуры внахлестку без сварки.
Базовую длину анкеровки арматуры определяют из условия, по которому предельное усилие, воспринимаемое арматурой в рассматриваемом сечении, должно быть уравновешено силами сцепления арматуры с бетоном подлине анкеровки. Исходя из этого условия базовую длину анкеровки арматуры определяют по формуле
В настоящее время применяют арматуру стремя видами профиля:
- гладкую (обязательно с крюками, петлями или с приваренными поперечными стержнями на концах);
- периодического кольцевого профиля (ранее применялась в основном);
- периодического серповидного профиля (распространенная в настоящее время).
Гладкая арматура имеет наименьшее сцепление с бетоном и для нее коэффициент принят равным 1,5.
Арматура периодического профиля по сравнению с гладкой имеет значительно более высокое сцепление с бетоном. При этом более слабый сточки зрения относительной площади смятия ребер серповидный профиль имеет более низкое сцепление с бетоном по сравнению с кольцевым профилем (примерно на 30 %). Однако в новых нормах для упрощения принята единая величина сопротивления сцепления для арматуры с кольцевым и серповидным профилем. С учетом того, что в перспективе ожидается выпуск арматуры в основном с наиболее распространенным в мировой практике серповидным периодическим профилем и для обеспечения надежности анкеровки арматуры в новых нормативных документах эта величина ориентирована на относительно более слабый серповидный профиль. При этом значение сопротивления сцепления принято таким образом, чтобы длина зоны анкеровки была близка к среднему значению между значениями длины зоны анкеровки по действующему СНиП и по ориентированным на серповидный профиль международным нормативным документам. Исходя из вышеизложенного, в элементах из тяжелого бетона коэффициент rj] для арматуры периодического профиля принят равным 2,5. В результате базовая длина анкеровки арматуры по новым нормативным документам превышает длину анкеровки по действующему СНиП на 20 %, оставаясь все-таки ниже принятой в международных нормативных документах в среднем на 30%.
При больших диаметрах арматуры сопротивление сцепления с бетоном несколько понижается. Этот фактор учитывается посредством коэффициента JJ2 , который для диаметров арматуры до 32 мм включительно принимают равным 1,0 а более 32 мм - равным 0,9.
Фактическая длина анкеровки арматуры может быть уменьшена по сравнению с базовой в том случае, когда фактическая площадь сечения установленной арматуры превышает требуемую по расчету, т.е. когда напряжения в арматуре будут ниже ее расчетных сопротивлений. Кроме того, фактическую длину анкеровки допускается принимать меньше базовой при применении различных анкерующих устройств (загиба концов арматуры периодического профиля, установки или приварки поперечной арматуры на длине анкеровки, учета обжатия бетона в пределах анкеровки арматуры и т.д.). Требуемую фактическую длину анкеровки определяют по формуле
При анкеровке арматуры периодического профиля с прямыми концами (прямая анкеровка), а также гладких стержней с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств коэффициент а для растянутой арматуры принят равным 1,0, а для сжатой арматуры - несколько пониженным и равным 0,75.
При устройстве дополнительных анкерующих устройств уменьшение длины анкеровки принимают не более, чем на 30%.
Кроме того, в любом случае фактическую длину анкеровки принимают не менее 0,3 базовой, не менее 15 ds и не менее 200 мм.
Исходя из принятой методики расчета длины анкеровки можно также определять усилие, воспринимаемое анкеруемой арматурой, в зависимости от длины ls заведения ее в бетон относительно рассматриваемого сечения
Базовую и фактическую требуемую длины перепуска стыкуемой арматуры внахлестку без сварки принимают аналогичными соответствующим значениям анкеровки арматуры по формулам (1) и (4). Однако при этом учитывают худшие условия передачи усилий с одного арматурного стержня на другой по сравнению с передачей усилий с анкеруемой арматуры на бетон.
В связи с этим длину перепуска арматуры периодического профиля с прямыми концами или гладких стержней с крюками и петлями принимают увеличенной по сравнению с длиной анкеровки на 20% и соответственно значение коэффициента а в формуле (4) для растянутой арматуры принято равным 1,2, а для сжатой - равным 0,9. При этом должны быть соблюдены дополнительные условия (такие же, как в действующих нормативных документах):
- относительное количество стыкуемой в одном расчетном сечении элемента рабочей арматуры периодического профиля должно быть не более 50%, гладкой арматуры (с крюками или петлями) - не более 25%;
- усилие, воспринимаемое всей поперечной арматурой, поставленной в пределах стыка, должно быть не менее половины усилия, воспринимаемого стыкуемой в одном расчетном сечении элемента растянутой рабочей арматурой;
- расстояние между стыкуемыми рабочими стержнями арматуры должно составлять не более 4 ds;
- расстояние между соседними стыками внахлестку (по ширине железобетонного элемента) должно быть не менее 2 ds и не менее 30 мм.
В качестве одного расчетного сечения элемента, рассматриваемого для определения относительного количества стыкуемой арматуры в одном сечении, принимают участок элемента вдоль стыкуемой арматуры длиной 1,31,,, где I, - требуемая длина нахлестки. Считается, что стыки арматуры расположены в одном расчетном сечении, если центры этих стыков (нахлесток) находятся в пределах длины этого участка.
Допускается увеличивать относительное количество стыкуемой в одном расчетном сечении элемента рабочей арматуры до 100%, принимая значения коэффициента а в формуле (4) равным 2,0 - для растянутой арматуры и 1,5 - для сжатой арматуры. При относительном количестве стыкуемой в одном расчетном сечении арматуры периодического профиля более 50% и гладкой арматуры более 25% значения коэффициента а определяют по линейной интерполяции.
По причинам, указанным при рассмотрении длины анкеровки, значения длины соединения арматуры внахлестку по новым нормативным документам при одинаковых условиях также превышают длину нахлестки по действующему СНиП на 20... 30%, но они значительно ниже (на 30% и более) ее значений, вычисляемых по международным нормативным документам.
При наличии дополнительных анкерующих устройств на концах стыкуемых стержней (приварки поперечной арматуры, загиба концов стыкуемых стержней периодического профиля и др.) длина перепуска стыкуемых стержней может быть уменьшена, но не более чем на 30%.
В любом случае фактическая длина перепуска принимается не менее 0,4 а базовой длины перепуска, определяемой по формуле (1), не менее 20 ds и не менее 250 мм.
Бетон и железобетон, 2003 №1