О влиянии стеклопластиковой арматуры на прочрость нормальных сечений изгибаемых элементов из тяжелого бетона

К вопросу о деформативнности балок из тяжелого бетона, армированных стеклопластиковой и комбинированной арматурой.

П.П.Польской, Мерват Хишмах, Михуб Ахмад Исследование деформативных свойств балок, имеющих стеклопластиковую и комбинированную арматуру, выполнялось на тех же опытных образцах, что и при изучении прочностных свойств элементов с композитной арматурой. При этом, как и ранее, в качестве эталонных были приняты железобетонные балки с обычной стальной арматурой. Конструкция опытных образцов, их армирование и характеристика используемых материалов приведены в работе [1], размещенной на страницах настоящего электронного журнала «Инженерный вестник Дона», №4 за 2012 год. Балки загружались двумя сосредоточенными силами, приложенными в третях расчетного пролета балок и равного 160 см. Испытания проводилось ступенчато-возрастающей нагрузкой интенсивностью 4; 8 и 16 кН. Первый уровень нагрузки прикладывался трижды, затем следовал этап с нагрузкой 8 и далее по 16 кН до уровня ориентировочно равного 0,8 от предполагаемой величины разрушающей нагрузки- Nuit.

Указанные нагрузки прикладывались через образцовый динамометр с максимальным усилием 500 кН непосредственно на траверсу. Таким образом, величина силы на приопорных участках составляла около 1/20 и 1/10 от величины Nult соответственно до и после образования трещин. Интенсивность нагрузки контролировалось по индикатору часового типа с ценой деления 0,01, установленного на динамометре, что соответствовало согласно тарировочной таблицы усилию, практически равному, 1 кН.

Замеры деформаций выполнялись так же с помощью индикаторов часового типа с аналогичной ценой деления, которые были расположены по осям опор, осям приложения усилий и в середине пролета. Отсчеты с приборов снимались на каждом этапе дважды-сразу после загружения и после выдержки под нагрузкой, которая составляла 7-10 минут. Все отсчеты и характер поведения балок заносились в журнал испытаний.

Поведение опытных балок под нагрузкой изменялось в зависимости от следующих факторов: наличия или отсутствия нормальных и наклонных трещин; вида арматуры- стальной, стеклопластиковой или комбинированной; уровня загружения и напряжений в арматуре.

Первые нормальные трещины во всех балках появились при достаточно близкой нагрузке N=7,8^8,5кН. Второй этап их появления соответствовал нагрузке 9,5^11 кН. В дальнейшем, до появления наклонных трещин, шло развитие только нормальных трещин, появившихся на первых этапах загружения. Момент появления трещин фиксировался визуально с использованием ацетоновой пробы и далее уточнялся по показаниям динамометра и других приборов, установленных на образцах. Подробнее об этом- в статье [1].

Деформативность балок резко увеличивалась сразу после появления нормальных или наклонных трещин; при напряжениях в стальной арматуре близких или равных пределу текучести, а в композитной- составляющих 500 и более МПа.

Приращение деформаций в балках с комбинированным армированием находилось в зависимости от процента замещения стальной арматуры на стеклопластиковую. Это связанно с тем, что количество трещин, а следовательно и их шаг в зоне чистого изгиба напрямую зависят от модуля упругости стеклопластиковой арматуры, которой в наших опытах составлял 5,5104 вместо 2105 МПа для стальной арматуры, т.е. в 3,63 раза ниже.

В балках, где стальная арматура полностью замещена на композитную, шаг нормальных трещин был вдвое меньше по сравнению железобетонными балками и составлял около 50мм. При этом ширина их раскрытия была близка к раскрытию трещин эталонных балок, шаг трещин у которых был в двое больше.

Первоначальная обработка результатов экспериментов, выполненная по журналам испытания всех балок, представлена в табл. 1. В указанной таблице на этапе, предшествующем разрушающему, приведены опытные значения прогибов балок после выдержки их под нагрузкой и их средине значение по каждой серии опытных образцов.

Из табл. 1 видно, что с увеличением процента композитного армирования, опытные значения прогибов балок резко увеличиваются и при 100% замене стальной арматуры на стеклопластиковую в 2,5 раза превышают прогибы эталонных образцов. Данный факт свидетельствует о том, что значение предельной прочности балок со стеклопластиковой

арматурой , которая всего на 20% ниже эталонных, согласно [1], не является определяющей при общей оценке несущей способности балок с исследуемой композитной арматурой.

Таблица 1

Деформации опытных образцов, на этапе предшествующем разрушению.

Вид армирования Серия образцов Шифр балок Опытные значения прогибов балок по сериям /, мм. Средние значения прогибов балок по сериям /вхр,мм. Отношение прогибов балок с композитной арматурой к прогибам эталонных образцов

1 2 3 4 5 6

Сталь 3012А6ОО I Бб-1 8,65 8,92 1

Бб-2 9,22

Бб-3 8,89

Стеклопластик 3012ССПА12ОО II Бя-1 22,55 22,75 2,55

Бй-2 21,78

Бв-3 23,92

Комбинированное 2012А6ОО+ 1012ССПА12ОО III БИя-4 9,35 9,73 1,091

БЬв-5 10,16

БИя-6 9,68

2012А6ОО+ 2012ССПА12ОО IV БЬй-? 15,35 15,28 1,713

БЬй-8 15,95

ВИя-9 14,54

Примечание: Деформации балки указаны с учетом выдержки под нагрузкой.

Для получения более достоверных данных о влиянии стеклопластиковой арматуры на прогибы опытных образцов, дополнительно был выполнен анализ по деформативности балок при различных уровнях нагрузки, составляющих 0,3;0,6 и 0,8 от разрушающей. Для этой цели были построены графики зависимости приращения прогибов балок на каждом этапе загружения. Анализ этих графиков представлен в табл.2

Из указанной таблицы видно, что образцы, у которых в сечении расположено более 30% площади композитной арматуры, имеют во всем диапазоне нагрузок значительно большие по сравнению с эталонными балками прогибы.

Наиболее показательны деформации опытных образцов, где стальная арматура полностью заменена на композитную. Для этих конструкций при эксплуатационных уровнях нагрузки прогибы увеличиваются в 2,7- 2,8 раза. Из этого следует, что при предельно допустимом относительном прогибе обычных балок, равном 1/200 от величины пролета, несущая способность опытных балок с использованием стеклопластиковой арматуры снижается с 30,5 кНм до 13,5 кНм, или в 2,26 раза. Таким образом, на несущую способность балок гораздо большее влияние оказывает не прочность композитной арматуры, а ее модуль упругости. Следовательно это существенным образом отразится и на надежности существующего расчетного аппарата.

На основе прямого сопоставления деформаций опытных образцов при различном сочетании стального и композитного армирования, можно сделать следующие выводы:

1. Опытные образцы, изготовленные из бетона класса В30, при замене стальной арматуры на композитную показали во всем диапазоне нагрузок повышенную деформативность,

Таблица 2

Изменение прогибов опытных балок армированных стальной, стеклопластиковой и комбинированной арматурой при различных уровнях нагрузки.

Серия образцов Шифр балок Класс бетона, МПа. Опытные значения прогибов балок по сериям /х, (мм) при уровнях нагрузки, N /№и11 Сопоставление средних значений прогибов балок с композитной арматурой с прогибами эталонных образцов при отношении Ni /Nuit

0,3 0,6 0,8 0,3 0,6 0,8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

I Bs-1 31,2 1,79 4,26 6,16 1 1 1

Bs-2 1,9 4,48 6,6

Bs-3 1,83 4,34 6,32

II Bg-1 32,8 5,05 12,67 17,43 2,77 2,81 2,69

Bg-2 4,85 11,2 15,92

Bg-3 5,4 12,85 17,95

III Bhg-4 28,4 1,79 4,37 6,44 1,04 1,06 0,63

Bhg-5 2,06 4,81 7,18

Bhg-6 1,88 4,62 6,66

IV Bhg-7 29,8 2,58 5,72 10,34 1,49 1,39 1,69

Bhg-8 2,88 6,46 11,26

Bhg-9 2,79 5,97 10,65

Примечание: Символами N обозначена нагрузка, передаваемая непосредственно на траверсу через образцовый динамометр на разных этапах загружения; Киц-аналогичная нагрузка в момент разрушения балок.

которая более чем в 2,5 раза превышает прогибы эталонных балок.

2. Опытные прогибы балок с комбинированным армированием находятся в прямой зависимости от процента композитной арматуры. Стеклопластиковая арматура сечением менее 1/3 от общей ее площади, практически не влияет на увеличение прогибов. При изменении процента композитного армирования в большую сторону прогибы балок резко возрастают.

3. Доминирующим фактором при определении несущей способности нормальных сечений балок является не прочность стеклопластиковой арматуры а более низкий, чем у стали модуль упругости.

4. Пункты 1, 2 и 3 настоящих выводов свидетельствуют о том что в случае проектирования обычных конструкций с использованием стеклопластиковой арматуры, существующий расчетный аппарат подлежит серьёзной корректировке.

Литература.

1. П.П. Польской, Мерват Хишмах, Михуб Ахмад. «О влиянии стеклопластиковой арматуры

на прочность нормальных сечений изгибаемых элементов из тяжелого бетона». : Эл.

Журнал «Инженерный вестник Дона» №4, Ростов-на-Дону, 2012.