Ю.Л. ИЗОТОВ, канд. техн. наук (ОАО ДНИИСП); Т.Ю.ИЗОТОВА, инж. (ОАО Днепрошина), О ПРЕДЕЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЕ НАСЫЩЕНИЯ АРМАТУРОЙ СЖАТОЙ ЗОНЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ И ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

При проектировании изгибаемых или внецентренно сжатых элементов, испытывающих по своей длине знакопеременную нагрузку, в целях унификации поперечного сечения отдельные их участки армируются двойной арматурой. Согласно расчету по СНиП 2.03.01-84, эти участки могут иметь значительное насыщение рабочей арматурой, которое, как показано ниже, не обеспечивает расчетную несущую способность элемента.

Для выявления негативного влияния значительного насыщения арматурой сжатой зоны поперечного элемента на его несущую способность рассмотрим результаты испытания ригеля рамы сельскохозяйственного производственного здания марки РЖУ-21-3,5, который испытывает внецентренное сжатие.

Ригель рамы на расстоянии 2,05 м от оси стойки и до конька имеет тавровый профиль с полкой вверху сечения. Изгибающий момент 338 кН.м; N=226 кН; А=12,32 см2, А16,73 см2; Rs=375 МПа; марка бетона М350; RBC=11,5 МПа; RBt=2,47 МПа.

При неучете сжатой арматуры значение относительной величины изгибающего момента Ао=1,03, что значительно больше его предельного значения Аоу = 0,47. В результате выполненного расчета сечения с двойной арматурой процент армирования сжатой зоны поперечного сечения составляет 3,45%, а сечения в целом - 3,85%.

Растягивающие усадочные напряжения на уровне центра тяжести арматуры S1s, вычисленные в соответствии с [1], составляют: GBt = 2,25 МПа, что равно 0,91 RBt. Коэффициент надежности С по сжатой зоне сечения составляет 1,38.

При испытании рамы разрушение ее произошло от раздавливания сжатой зоны в рассматриваемом сечении при С=1,1. Аналогичное отмечалось в ранее испытанных рамах РЖС-21-1600 (С=1,23).

Известно, что прирастягивающих напряжениях в бетоне GBt > 0,5 -0,6RBt сечение элемента пронизывается микротрещинами. При значительном насыщении железобетонного элемента продольной арматурой (при GBt > 0,5 -0,6RBt), кроме направленных вдоль продольной арматуры микротрещин, в зоне расположения стержней в бетоне появляются микротрещины, нормальные к этой арматуре, или усадочные трещины вдоль продольных стержней. В этой связи сжатая зона сечения равномерно пронизана взаимно перпендикулярно направленными усадочными микротрещинами.

Экспериментальными исследованиями доказано, что если бетон испытывает кратковременное или длительное растяжение, с последующим изменением знака нагрузки, призменная прочность его в зависимости от величины nt может снизиться до 23 % [2].

С учетом изложенного можно заключить, что, поскольку бетон сжатой зоны поперечного сечения ригеля до приложения нагрузки имеет нарушение сплошности материала (естественно, с учетом результатов исследований [2]), прочность бетона сжатой зоны поперечного сечения элемента меньше R. Как следствие этого, несущая способность такого элемента будет ниже расчетной. Наличие усадочных трещин, идущих вдоль стержней арматуры S1, еще больше усугубляет работу сжатой зоны сечения. Неоднократно наблюдаемое при испытаниях преждевременное разрушение ригелей рам РЖК с подобным насыщением сжатой зоны поперечного сечения рамы арматурной S1 подтверждает изложенную выше причину отклонения несущей способности от расчетной.

Для обеспечения расчетной несущей способности элемента с двойной арматурой количество арматуры S1 в сжатой зоне сечения следует принимать исходя из граничного уровня усадочных напряжений, при которых образуются микротрещины. Согласно проведенным вычислениям, предельную величину процента армирования сжатой зоны поперечного сечения изгибаемого и внецентренно сжатого элементов предлагается принимать по формуле Р = 0,035 В + 0,9.

Таким образом, при проектировании изгибаемых и внецентренно сжатых элементов с двойной арматурой необходимо учитывать негативное влияние завышенного насыщения сжатой зоны поперечного сечения арматурой S1.

Бетон и железобетон, 2007 №6