Оценка несущей способности железобетонных конструкций по результатам детального обследования

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОГУ

Оценка несущей способности железобетонных конструкций по результатам детального обследования

Белов А.В.

г. Хабаровск, Россия

Аннотация

В статье рассмотрена проблема оценки несущей способности железобетонных конструкций по результатам детального обследования на примере отдельного здания. При этом основным из дефектов в конструкциях является коррозия арматуры, как следствие отсутствие сцепления арматуры с бетоном.

Ключевые слова: несущая способность; железобетонные конструкции; коррозия арматуры; сцепления бетона с арматурой; обследование.

Abstract

А.V. Belov

PNU, Khabarovsk, Russia

ASSESSMENT OF THE LOADBEARING CAPACITY OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES BASED ON THE RESULTS OF A DETAILED SURVEY

The article deals with the problem of assessing the load-bearing capacity of reinforced concrete structures based on the results of a detailed survey. In this case, the main defect in the structures is corrosion of the reinforcement, as a result of the lack of adhesion of the reinforcement with concrete.

Key words: load-bearing capacity; reinforced concrete structures; corrosion of reinforcement; coupling of concrete with reinforcement; inspection.

На территории России в настоящее время эксплуатируются, реконструируются довольно большое количество зданий и сооружений до 1940 г. постройки, в которых присутствуют конструкции из железобетона. На фотографии 1 представлены два объекта, водонапорная башня и цех «ХИМФАРМ» завода, расположенных в г. Хабаровске. При этом в качестве рабочей арматуры использовались гладкие стержни круглого, а иногда и квадратного сечения.

До 1950 г прошлого столетия широкое использование гладкой арматуры стимулировало совершенствование методики расчета железобетонных конструкций с такой арматурой, как в СССР, так и за рубежом. После появления арматуры периодического профиля работы в этом направлении практически прекратились, а наработки за ненадобностью утрачены.

Понятно, что поверхность арматуры, её состояние влияет на величину сил сцепления, при этом для гладкой арматуры среднее напряжение сцепления составляет от 0,5 до 1% прочности бетона при сжатии, а при шероховатой поверхности - 14%.

С появление арматуры периодического профиля в строительной отрасли потребовались как новые методики расчета железобетонных конструкций без предварительного напряжения и с ним, так и анализ сцепления арматуры с бетоном. Исследования специалистов [1-6] показывают, что даже при небольшой заделке арматуры в бетон в зоне их контакта развиваются значительные силы сцепления, препятствующие продергиванию (сдвигу) арматуры в бетоне. Силы сцепления, приходящиеся на единицу поверхности арматуры, обусловливают напряжения сцепления арматуры с бетоном по длине элементов. Количественно сцепление оценивают соответствующими напряжениями сдвига.

Надежное сцепление арматуры с бетоном, препятствующее сдвигу арматуры в бетоне, является основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в железобетоне и позволяющим ему работать под нагрузкой как единому монолитному телу. При отсутствии сцепления образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры, что в свою очередь, приводит к резкому раскрытию образовавшейся трещины, сокращению высоты сжатой зоны, уменьшению изгибной жесткости и снижению несущей способности. арматура железобетонный конструкция коррозия

Сцепление стержневой арматуры периодического профиля с бетоном в 23 раза выше по сравнению со сцеплением гладкой арматуры, поэтому арматуру периодического профиля используют в железобетоне без специальных анкерных устройств на концах.

Напряжение в бетоне под выступами арматуры при ее выдергивании может превосходить в 5 - 7 раз кубиковую прочность бетона. Поэтому особенно недопустимо какое-либо снижение плотности бетона в зоне контакта его с арматурой. Механическое зацепление арматуры за бетон по длине элементов кроме профилирования ее поверхности повышают также посредством свивки арматуры в канаты. Витые канаты надежно самоанкеруются в бетоне. Вдоль арматурного стержня напряжения сцепления распределяются неравномерно. Наибольшие напряжения действуют вблизи заделки и затухают на длине заделки.

Если все вышесказанное применить к оценке несущей способности зданий с железобетонными конструкциями довоенной постройки, то можно сказать что это один большой «дефект».

В декабре 2019 г. было выполнено обследование трехэтажного здания с подвалом (цех «ХИМФАРМ» завода). Год постройки здания 1939. Конструктивная схема здания рамный каркас с железобетонными монолитными колоннами и монолитным железобетонным балочным перекрытием. Наружные стены самонесущие, выполнены из шлакоблоков и керамического кирпича (толщиной 400 мм). В 1991 году было выполнено обследование конструкций здания. В ходе обследования 1991 г. были выявлены дефекты, свидетельствующие о снижении несущей способность конструкций: коррозия арматуры; разрушение защитного слоя бетона; низкое качество бетонных работ и т. п. По результатам обследования выполнено усиление колонн и балок перекрытия.

По результатам обследования и вскрытий конструкций установлено, что рабочая арматура гладкая диаметрами от 12 до 22 мм, толщина защитного слоя в большинстве конструкций составляет 10-15 мм, не соблюдается расстояние между стержнями арматуры. Отдельные стержни уложены вплотную друг к другу.

Отдельные участки железобетонных конструкций имеют поры, свидетельствующие о недостаточном уплотнении. Во всех конструкциях, подвергнутых вскрытию, арматурные стержни имеют следы коррозии от 5 до 30% [7].

Недостаточная величина защитного слоя и низкое качество бетона в сочетании с агрессивностью среды и динамическими нагрузками вызывают коррозию арматуры в балках и плитах перекрытий. Как следствие - нарушение сцепление арматуры с бетоном. На фото 1 показано место вскрытия балки перекрытия, где оказались представленными сразу все перечисленные дефекты.

Фото 1. Вскрытие балки перекрытия

По результатам обследования и анализа имеющейся документации в соответствии с СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» состояние конструкций перекрытий оценивается по категории IV - недопустимое по причине коррозии арматуры, отсутствия сцепления арматуры с бетоном. Согласно же поверочным расчетам несущая способность конструкций обеспечена, даже с учетом того что площадь арматуры по причине коррозии уменьшилась.

Для дальнейшей безопасной эксплуатации необходимо выполнить капитальный ремонт перекрытий. При капитальном ремонте отчистить конструкции от штукатурки и легко отслаиваемого бетона. Отчистить арматуру от коррозии, восстановить защитный слой бетона, обеспечив сцепление арматуры с бетоном. Эти мероприятия являются стандартными для данного вида дефекта. А как в действительности работает арматура, есть сцепление ее с бетоном или нет - это в основном определяется опытом обследований [7].

Современная техническая литература не располагает достаточной информацией о работе гладкой арматуры с нарушением сцепления арматуры с бетоном, поскольку в 50х годах прошлого столетия с появлением арматуры с периодическим профилем перестали использовать гладкую арматуру в качестве рабочей.

В настоящее значительное количество зданий и сооружений 30 -40 г. постройки время ещё продолжают эксплуатироваться, подвергаются реконструкции. При этом железобетонные конструкции таких зданий находятся в таком же, а то и в худшем состоянии, что и в обследованном здании.

Заключение. В настоящее время необходимо разработать методику расчета прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных конструкций с рабочей гладкой арматурой, которая позволит количественно оценить степень влияния частичного или полного нарушения сцепления вследствие эксплуатационных повреждений. Такая методика позволит обоснованно устанавливать степень снижения несущей способности обследуемого объекта.

Библиографические источники

1. Чаганов А. Б. Прочность и жесткость железобетонных ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном// диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Центральный научно-исследовательский и проектный институт жилых и общественных зданий. Москва, 2008 -247 с.

2. Филатов В. Б. Влияние эксплуатационных повреждений, снижающих сцепление арматуры с бетоном, на прочность изгибаемых железобетонных конструкций // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / ГОССТРОЙ СССР Ордене трудового красного знамени научно-исследовательский проектноконструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ). Москва, 1988 С.13-63

3. Бенин А. В. Деформирование и разрушение железобетона: аналитические, численные и экспериментальные исследования: моногр.; ПГУПС. - СПб., 2006. - 127с.

4. Особенности сцепления с бетоном стержневой арматуры различных профилей / А.С. Семченко и др. // БСТ Экспертиза. - 2008. - № 8. - С. 58-62.

5. Веселов А.А. Нелинейная теория сцепления арматуры с бетоном и ее приложения: дис. д-ра техн. наук. - СПб., 2000. - 320 с.

6. Румянцева В.Е., Коновалова В.С. Коррозия стальной арматуры в бетоне: причины, последствия, способы предотвращения // Информационная среда вуза. 2015. № 1.С. 153-158.

7. Технический отчет на тему: «Инженерно-техническое обследование строительных конструкций здания Производственного корпуса (лит. Б) в осях 13-17/А-В, расположенного по адресу ул. Ташкентная, д.22, г. Хабаровск» Тихоокеанский государственный университет» Хабаровск, 2019 - 75с.

Размещено на Allbest.ru