Анализ сцепления бетона с арматурой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Анализ сцепления бетона с арматурой

Островская А.А., студентка, 4 курс, Институт архитектуры, строительства и транспорта, Тамбовский Государственный Технический Университет

Цыкина А.С., студентка, 4 курс, Институт архитектуры, строительства и транспорта, Тамбовский Государственный Технический Университет

Михайлов Р.В., студент, 2 курс, Технологический институт, Тамбовский Государственный Технический Университет

Аннотация

В статье рассматривается увеличение объёмов применения современных видов металлической и неметаллической арматуры. Приводятся результаты исследования сцепления арматуры с бетоном, что в свою очередь в значительной мере определяет работу конструкций на опорных участках.

Ключевые слова: бетон, арматура, сцепление, центрально армированный образец, касательные напряжения

Annotation

The article discusses the increase in the use of modern types of metal and non-metal fittings. The results of the study of the adhesion of reinforcement with concrete are given, which in turn largely determines the work of structures on supporting sections.

Key words: concrete, reinforcement, adhesion, centrally reinforced specimen, shear stresses.

Особый интерес к области исследования сцепления арматуры с бетоном в нашей стране в пятидесятые-шестидесятые годы был вызван обширным внедрением в инженерную практику предварительно напряженных стержней с применением анкеров посредством адгезии.

Основными минусами феноменологического подхода при построении зависимости касательных напряжений - смещения стержня являются:

допущение о деформации железобетонного массива по глубине анкеровки за счет гипотезы плоских сечений;

не учет эффекта обоймы;

недопустимость установки напряженно-деформированного состояния в плоскости контакта при образовании трещин и пластических деформаций.

При трении в области контакта арматурного стержня в бетонной обойме, начало возникновения стационарного трения определяется как предельное состояние несущей способности заделки. Это служит причиной того, что стадия трения при малых «предварительных смещениях» представляет значительный интерес при исследовании сцепления.

В своих работах К.В. Михайлов отмечает что, предельные напряжения склеивания бетона составляю всего 5...7 кг/см2 и на основании этого делает вывод, что параметр адгезии составляет только 10 % от общего сопротивления перемещению.

Из этого следует что, можно уверенно утверждать о незначительном влиянии фактора склеивания на сцепление.

При постановке опытов было решено отказаться от установки средств измерений на границе контакта арматурного стержня и бетонного массива, ухудшающих условия взаимодействия и служащими дополнительными концентраторами напряжения, способствующими образованию радиальных трещин у стержня.

Именно поэтому полученные данные об условиях взаимодействия арматурного стержня и бетона базировались на значениях продольных и поперечных деформаций бетона на поверхности цилиндров, а также смещения и повороте арматуры на торцах опытных образцов.

Основным принят цилиндрический центрально армированный образец с упором в торец и кубик размером 10x10x10 см. Конструкции опытных образцов показаны на рисунках 4, 5.Рисунок 2 - Центрально армированный образец-кубик

Рисунок 1 - Цилиндрический центрально армированный образец

Рисунок 2 - Центрально армированный образец-кубик

Вид основной арматуры - стеклопластиковая композитная арматура, диаметром 10 мм, с пределом прочности 1200 МПа и модулем упругости 55000 Мпа, с относительным удлинением при разрыве 2,2 %, изготовленная из стеклоровинга связанного полимером на основе эпоксидной смолы на Воронежском заводе композитных материалов (ВЗКМ).

Кубиковая прочность бетона в возрасте 90 суток составила 20 МПа, а призменная прочность была 13 МПа.

Начальный этап измерений при выдергивании соответствовал моменту отхода гайки на тяге от торцовой плиты рамы, при этом среднее на серию усилие на домкрате составило 36 кН, т.е. длины цилиндра для анкеровки было, как и предполагалось, недостаточно. При максимальной нагрузке 36 кН в трех образцах произошло продергивание СПА.

Полученные результаты измерений на каждом этапе усреднялись на всю серию из десяти образцов-близнецов, при этом в выборку каждого образца включались деформации бетона по всем четырем образующим каждого образца с отбраковкой явно недостоверных результатов.

Таким образом, для каждого окончательного значения деформации бетона исходными были 20 начальных измерений. Отбраковку результатов первичных измерений для каждого сечения при усреднении проводили за пределами интервала ± 2Б, где Б - среднеквадратичное отклонение. При этом в достаточно загруженных сечениях коэффициент вариации составил 0,25...0,3; в малонагруженных сечениях у свободного торца цилиндра изменчивость результатов была больше и коэффициент вариации достигал 0,8.

При выдергивании от измерений поперечных деформаций пришлось отказаться, так как при выбранных размерах и жесткости бетонной обоймы основных образцов тензорезисторам не хватило чувствительности для регистрации поперечных деформаций в самых нагруженных сечениях.

Наличие скачка деформаций у промежуточного упора говорит об односторонних смещениях анкера СПА по всей длине и еще раз является подтверждением того, что заанкеривания всей величины переданного с упора усилия не происходит. Максимальная величина перемещения анкера СПА со стороны промежуточного упора перед проскальзыванием при выдергивании близка к 0,5 мм. Для окончательной проверки взаимодействия СПА с бетоном был проведён эксперимент по определению подвижности заделки сосредоточенного стеклопластикового анкера, при испытании на выдергивание из бетонных кубиков. Экспериментальная зависимость или податливость заделки анкера в бетоне «нагрузка-смещение анкера» является общей характеристикой, которая позволяет оценивать нагрузку, способствующую появлению главных трещин в заделке (N01-0) и несущую способность анкера N (нагрузка при разрушении заделки). Под главной трещиной принимается коническая трещина (для круглого анкера), возникающая в зоне соприкосновения стержня с бетоном при нагрузке. С увеличением нагрузки главная трещина достигает поверхности бетона, что приводит к выкалыванию бетонного конуса, поверхность которого «обозначена» главной трещиной. Базовым бетонным образцом (рисунок 2) принят бетонный кубик размером 10x10x10 см с центрально заделанным в него на глубину И=50 мм стеклопластиковым стержнем. Испытания проводились на серии образцов из тяжелого бетона с классом по прочности на сжатие 20 МПа. Установка для испытаний состояла из силовой рамы разрывной машины ИР 5057-50 и подвижной траверсы. Бетонный образец оперт на траверсу через металлическую пластину. Для создания эффекта выкалывания в опорной пластине вырезан круг диаметром 30 мм, по центру которого проходит стеклопластиковый стержень. Свободный конец анкера СПА фиксируется захватом, который неподвижно соединен с силовой рамой. Выдергивание стержня из бетонного кубика осуществляется за счет перемещения подвижной траверсы вниз. На каждой ступени нагружения по шкале силоизмерителя разрывной машины снимались значения нагрузки (№), передаваемой на стеклопластиковый анкер, а по двум индикаторам часового типа измеряли перемещение анкера в бетонном образце. Индикаторы с помощью кронштейнов жестко фиксируются к подвижной траверсе.Согласно ранее разработанной методике, выдергивание проводилось ступенями с приращением нагрузки АК=200 Н. На каждой ступени (до 3 кН по шкале силоизмерителя) выдержка нагрузки составляла 2 мин, при нагрузке 3 кН и более - 3 мин. На каждой ступени нагружения производились измерения смещений стеклопластиковых стержней.

Состав бетона для образцов из тяжелого бетона на 1 м3:

Портландцемент ПЦ42,5 320 кг.

кварцевый песок (Мкр =2) 770 кг.

щебень гранитный 1130 кг.

вода 170 л.

Подвижность бетонной смеси в обоих случаях составила - 10...12 см по осадке стандартного конуса.

В каждой серии образцов, для контроля за прочностью бетона, изготавливали по три кубика размером 10х10х10 см.

До набора заданной прочности базовые образцы и контрольные кубики выдерживались в камере нормального твердения 28 суток.

Кубиковая прочность на момент испытания для образцов из тяжелого бетона составила 18 МПа.

Результаты измерений на каждом этапе загружения определяли на каждую серию образцов-близнецов.

На графике 3 видно, что максимальная несущая способность анкера СПА достигается при использовании бетона с кубиковой прочностью 30 МПа. Зависимость обуславливается тем, что с повышением марки бетона повышается трение, а также увеличивается прочность бетонных консолей. При испытаниях на выдергивание разрушение происходило по бетонным консолям, они срезались, но при прочности бетона от 20 МПа и более разрушение происходит по композитным виткам, это обусловлено тем, что прочность склеивающего эффекта между основным стрежнем СПА и её витками составила 20 МПа.

График 4 показывает, что при увеличении диаметра анкера уменьшается значение максимальных касательных напряжений. Данное явление обусловлено тем, что при увеличении диаметра увеличивается площадь взаимодействия анкера СПА и бетона, но при этом растёт количество

Перемещение анкера СПА происходит одновременно с поворотом (ввинчивание и вывинчивание) на всех этапах эксперимента, что является подтверждением взаимодействие СПА с бетоном как винтовой пары «арматура - бетон».

Ввинчивание и вывинчивание анкера СПА на разных этапах эксперимента говорит о решающем значении трения и зацепления в сцеплении СПА с бетоном, обусловленных наружными витками.

Частичный срез бетонных выступов между витками СПА при сдвиге в предельном состоянии, позволяет определить эквивалентную поверхность сцепления, включающую в себя поверхность витков на которой была нарушена адгезия бетона с СПА и поверхность по срезанным бетонным выступам.

Нелинейный характер изменения продольных деформаций по образующим цилиндрических образцов на всех этапах эксперимента, позволяет говорить о возникновении пластических деформаций на участке активного взаимодействия СПА с бетоном в течение всего эксперимента.

Результаты эксперимента по выдергиванию стеклопластиковых анкеров из образцов-кубиков из тяжелого бетона показали характерные этапы работы заделки: упругий, момент возникновения главных трещин и этап со значительными пластическими деформациями, предшествующий разрушению заделки.

Экспериментально установленные несущая способность заделки и нагрузка, при которой возникают главные трещины, являются первоначальной информацией для установки стеклопластиковых стержней, работающих на выкалывание в зоне заделки, в качестве гибких связей между слоями сборной стеновой панели.

Использованные источники

арматура деформация бетон сцепление

1. Анпилов С.М. “Опалубочные системы для монолитного строительства”. -22-49 с.

2. О. М. Шмит (OscarM.Schmitt) “Опалубки для монолитного бетона”. - 57-81 с.

Размещено на Allbest.ru