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

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

П.П.Польской, Мерват Хишмах, Михуб Ахмад В ростовском государственном строительном университете во исполнение программы [1], опубликованной в настоящем журнале начато исследование изгибаемых элементов из тяжелого бетона армированных стальной, композитной и комбинированной арматурой. На первом этапе исследуются несущая способность нормальных сечений балок, а также их деформативность и ширина раскрытия нормальных трещин при различных сочетанях стального и композитного армирования.

В настоящей статье приводятся первые результаты испытания по прочности опытных образцов, в которых стальная, стеклопластиковая либо комбинированная рабочая арматура расположена в один ряд. При этом балки, армированные только стальной арматурой, приняты эталонными.

Опытные образцы были изготовлены из тяжелого бетона класса В30. В качестве крупного заполнителя использовался щебень из плотного известняка фракции 10-25, а мелкого - кварцевый песок. Использовался цемент марки 500 Новороссийского завода "Пролетарий". Бетон приготавливался в лабораторной бетономешалке объемом 250 литров, а укладка в металлические формы - с использованием глубинного вибратора. Одновременно с балками для контроля качества бетона изготавливались стандартные кубы с ребром 150 мм. Твердение бетона происходило в естественных условиях в закрытом полуподвальном помещении лаборатории кафедры ЖБК РГСУ при температуре 18-270 С.

Все опытные образцы (по 3 в каждой из 4-х серий) имели одинаковые длину -200 см и прямоугольную форму сечения с размерами 125*250 мм. Монтажная арматура всех опытных балок состояла из 2 ф 6,5 В500. Поперечная арматура была представлена вязаными двухсрезными хомутами из проволоки того же диаметра и класса и располагалась с шагом 100 мм по всей расчетной длине балок.

Рабочая стальная арматура для эталонных балок ( серия I ) выполнена из трех стержней диаметром 12 мм класса А600. Балки второй серии приняты с арматуры аналогичного диаметра но из стержневой стеклопластиковой арматуры, условно названной ССПА, прочностью 1200 МПа. Сокращенное название указанной арматуры по западной терминологии - ОБКР. Балки с комбинированным армированием состояли из 2 ф 12А600 и 1 ф 12ССПА-1200 (серия III ) либо 1 ф 12А600 и 2 ф 12ССПА-1200 (серия IV ).

Опытные образцы с расчетным пролетом 160 см испытывались по расчетной схеме однопролетной балки и загружались двумя сосредоточенными силами, расположенными в третях пролета. Все балки испытывались в возрасте 10-11 месяцев до разрущения ступенчато- возрастающей нагрузкой с выдержкой на каждом этапе загружения по 10-15минут. Интенсивность нагрузки на первых трех этапах - до появления трещин и сразу после них, составляла 4 КН, а последующих- 8 и 16 КН, что равно приблизительно 1/20 и 1/10 величены разрушающей нагрузки. Контроль за величиной нагрузки осуществлялся по индикатору часового типа, установленном на образцовом динамометре с усилием 500КН. Деформации сжатой грани бетона в зоне чистого изгиба и рабочей арматуры замерялись с помощью тензорезисторов с базой 50 и 10 мм соответсвенно. Последние наклеивались на продольные ребра рабочей арматуры. Изменение деформаций фиксировалось при помощи автоматического измерителя деформаций.

Результаты проведенных испытаний, их первичная обработка при прямом сопоставлении, а также отдельные характеристики материалов приведены в табл.1.

Проведенные испытания показали, что все опытные балки разрушились по нормальным сечениям вследствие дробления бетона сжатой зоны . Причиной этому в балках I и III серий послужило достижение во всей стальной растянутой арматуры своих предельных деформаций. Причиной разрушения балок II и III серий, у которых стальная арматура отсутствовала, либо составляла одну треть от её суммарной площади, явились чрезмерные прогибы опытных образцов, значительно превывающие деформации эталонных балок.

Таблица 1

Результаты испытания опытных балок армированных стальной, стеклопластиковой и комбинированной рабочей арматурой

Серия опытных образцов Шифр балок Класс бетона,В МПа Класс арматуры Площадь арматуры, см2 Разрушающее усилие, КН.М. Отношение средних Значении моментов

стальная Стекло-пластиковая Сталь А , Композит а8, Опытное Значение Мехр Среднее значение м,, м8, м§8 / м8

і 2 3 4 5 6 7 8 9 10

і ВБ-1 ВБ-2 ВБ-3 31,2 А600 - 3.39 - 38.8 37.9 37,18 38.0 1

її ВЕ-1 Ве-2 Ве-3 32,8 - ССПА 1200 - 3.39 30,78 29,55 31,21 30.5 0.803

ііі Bhg-4 ВИм-5 Bhg-6 28,4 А600 ССПА 1200 2.26 1.13 33,21 32,19 33,95 33.12 0.872

IV Bhg-7 Bhg-8 Bhg-9 29,8 А600 ССПА 1200 1.13 2.26 29,85 28,74 30,41 29.67 0.781

Примечание: пролёт среза балок при определинии опытных моментов равен 0,533 м., что соответствует 1/3 пролёта балок.

Таблица 2

Распределение относительных деформаций в бетоне и арматуре.

Серия балок Опытные средние значения относителных деформаций

Сжатый бетон єь-103 Растянутая арматура

Стальная є,-103 Стеклопластиковая є8, •ІО3

1 2 3 4

I 2,21 3,41 -

II 2,52 - 5,14

III 2,28 3,05 4,8

IV 2,71 3,28 5,36

Примечание: Относительные деформации в сжатой зоне бетона превысили средние деформации 8 ь = 2-10"3

Характер изменения относительных деформаций сжатого бетона и рабочей арматуры также находился в зависимости от вида рабочей арматуры. Максимальные значения этих деформаций, на этапе предществующем разрущению, приведены в табл.2.

Прямое сопоставление опытных данных ( табл.1) показывает, что вид несущей арматуры существенно влияет на несущую способность нормальных сечений. А именно,предельная прочность балок армированных стеклопластиковой арматурой , которая в наших опытах в два раза прочнее стальной , в среднем на 20% ниже по сравнению с эталонными железобетонными балками.

Несущая способность балок, имеющих комбинированное армирование, зависит от процента стального армирования . Балки, имеющие один или два композитных стержня, показали предельную прочность соответственно на 13 и 22% ниже. Однако без учета предельно допустимых прогибов балок , сопоставление предельных значений прочности не совсем корректно, т.к. стеклопластиковая арматура имеет низкий модуль упругости. Из-за ограничения объёма статьи, указанное сопоставление выполнено в статье посвящённой деформативности опытных образцов и представлено в настоящем спорнике.

Данные табл.2 свидетельствует о том, что относительные деформации сжатого бетона в балках с композитной стеклопластиковой арматурой (в меньшей степени при комбинированным армированием) выше, по сравнению с эталонными образцами. Эти деформации тем больше, чем меньше несущая способность нормальных сечений балок.

С учетом вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Армирование балок из тяжелого бетона класса В30 стеклопластиковой арматурой, которая по сравнению со сталью в два раза прочнее при значительно меньшим модуле упругости, приводит к снижению несущей способности нормальных сечений изгибаемых элементов.

2. Несущая способность балок с комбинированным армированием снижается при постепенном замещении стальной арматуры на стеклопластиковую. При этом, малое содержание стальной арматуры делает комбинированное армирование менее эффективным по прочности по сравнению с польным композитным армированым.

3. Наличие стеклопластиковой арматуры в нармальном сечении опытных балок приводит к более высокому уравню сжимающих напряжений в крайних волокнах сжатого бетона за счёт увеличения общих деформаций изгибаемых элементов.

4. Для окончательного суждения об эффективности использования стеклопластиковой арматуры, необходимо сопоставить прогибы балок.

Литература

1. П.П. Польской , Д.Р. Маилян «Композитные материалы - как основа эффективности в строительстве и реконструкции зданий и сооружений» : Эл. журнал «Инженерный вестник дона», № 4,Ростов-на-дону,2012