Сравнение эффективности усиления внецентренно-сжатых железобетонных колонн при помощи сталефибробетона и железобетона методом двустороннего наращивания

В настоящее время они продолжают не только находить успешное применение в различных областях, но и постоянно совершенствоваться. Это говорит о том, что у машин данного типа огромное будущее.

Список литературы

1. Алиев И. Электрические машины: Учебное пособие для студ. Вузов / И. Алиев. М.: РадиоСофт, 2011. 448 с.

2. Антонов Ю.Ф. Сверхпроводниковые топологические электрические машины / Ю.Ф. Антонов, Я.Б. Данилевич. М.: Физматлит, 2009. 368 с.

3. Баклин В.С. Электрические машины. расчет двухполюсных турбогенераторов. практикум.: Учебное пособие для прикладного бакалавриата / В.С. Баклин. Люберцы: Юрайт, 2016. 137 с.

4. Брускин Д.Э. Электрические машины Ч. 1. / Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович,

B.С. Хвост. М.: Альянс, 2016. 319 с.

5. Ванурин В.Н. Электрические машины: Учебник / В.Н. Ванурин. СПб.: Лань, 2016. 304 с.

6. Герман-Галкин С.Г. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК /

C.Г. Герман. СПб.: КОРОНА-принт, 2013. 256 с.

7. Епифанов А.П. Электрические машины: Учебник / А.П. Епифанов. СПб.: Лань, 2006. 272 с.

8. Игнатович В.М. Электрические машины и трансформаторы: Учебное пособие для академического бакалавриата / В.М. Игнатович, Ш.С. Ройз. Люберцы: Юрайт, 2016. 181 с.

9. Кацман М.М. Электрические машины / М.М. Кацман. М.: Высшая школа, 2003. 469 с.

10.Мальц Э.Л. Электротехника и электрические машины для студ. ВУЗов: Учебное пособие / Э.Л. Мальц. СПб.: Корона-Век, 2013. 304 с.

СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСИЛЕНИЯ ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН ПРИ ПОМОЩИ СТАЛЕФИБРОБЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

МЕТОДОМ ДВУСТОРОННЕГО НАРАЩИВАНИЯ

1 2 Сикорская О.В. , Хегай А.О.

1Сикорская Ольга Валерьевна - магистрант, направление: строительство, кафедра строительных конструкций;

2Хегай Алексей Олегович - кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,

г. Санкт-Петербург

Аннотация: статья посвящена вопросам работы сталефибробетона и железобетона как материалов для усиления конструкций зданий и сооружений. Были проведены вычисления несущих способностей, усиленных тремя способами внецентренно сжатых железобетонных колонн при заданных эксцентриситетах и анализ влияния подобранных для усиления материалов на несущую способность усиливаемой конструкции, а также применяемой в настоящее время стальной фибры. В завершении были сделаны выводы об эффективности того или иного способа усиления.

Ключевые слова: сталефибробетон, усиление, внецентренно-сжатые колонны, стальная фибра, двустороннее наращивание, несущая способность.

Одними из наиболее ответственных конструкций, которые подлежат усилению, являются сжатые элементы. Существует несколько вариантов усиления таких конструктивных элементов, которые отличаются между собой и материалами, используемыми для усиления, и способами производства работ, и порядком включения несущих конструкций в работу. На сегодняшний день, наибольшую эффективность при усилении имеют методы, при которых увеличивается площадь поперечного сечения колонны, а именно устройство обойм, рубашек, одностороннего или двустороннего наращивания. В настоящей статье представлено расчетное обоснование выбора рационального способа усиления железобетонных колонн, для увеличения их несущей способности.

Для достижения поставленной цели, потребовалось решить следующие основные задачи:

1) Рассмотреть различные способы усиления железобетонных колонн при реконструкции, направленной на увеличение нагрузок.

2) Провести сравнительный анализ изучаемых способов

3) Сделать выводы на основе полученных данных.

Объектами настоящего исследования являлись монолитные железобетонные колонны реконструируемых зданий без дефектов, снижающих свою несущую способность. Было рассмотрено три случая усиления одной и той же исходной железобетонной колонны длиной I = 3 м и поперечным сечением й0=450мм, й0=450мм (рис.1,2) из мелкозернистого бетона класса В25, ^=14,5 Мпа с рабочей арматурой 4025 класса А400. Площадь сечения арматуры: As= АЪ =9,82-10-4м2, Rs= Rsc=355 МПа.

Рис. 1. Расчетная схема железобетонной колонны

• 1 случай: железобетонная колонна усилена сталефибробетоном с бетоном матрицей класса В25, имеющим комбинированное армирование в сжатой и растянутой зоне фиброй и арматурными стержнями 4025 класса А400;

• 2 случай: железобетонная колонна усилена сталефибробетоном с бетоном матрицей класса В30, имеющим комбинированное армирование только в растянутой зоне фиброй и арматурными стержнями 2025 класса А400;

• 3 случай: железобетонная колонна усилена железобетоном класса В30 с арматурными стержнями 4025 класса А400 [3];

Поперечное сечение «нового» слоя сталефибробетона и железобетона й=450мм, ^ = к2 = 80мм (рис.2). Для фибрового армирования был принята фибра в соответствии с номенклатурой [1]:

1.Фибра фрезерованная из слябов по ТУ 0882-193-46854090

2.Фибра резанная из стального листа по ТУ 1231-001-70832021

3.Фибра рубленная из стальной проволоки:

-По ТУ 1211-205-46854090 марок:

а) «МИКСАРМ М1ХЛЯМ» 1.0/54;

б) «ХЕНДИКС ИЕЫЫХ» 1.0/50;

в) «ФИБЕКС Е1БЛХ» 1.0/50;

г) «ФИБЕКС Е1БЛХ» 1.3/50;

д) «ТВИНФЛЭТ TWINFLЛT» 0.67/30;

Итого, было рассмотрено шесть видов фибр, каждая из которых имеет различные форму, геометрические характеристики, а также .К^—нормальное сопротивление растяжению. Расчетов физических и геометрических параметров стальной фибры каждого вида были проведены в соответствии указаниями, приведенными в [1], но в настоящей статье не представлены.

Рис. 2. Схемы усиления железобетонной колонны методом двустороннего наращивания при помощи сталефибробетона и железобетона и схемы усилий и эпюры напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемой колонны

На основании представленных схем усилий (рис.2) были составлены уравнения равновесия для определения несущей способности N колонны (сумма всех сил на продольную ось элемента и сумма моментов относительно центра тяжести наиболее растянутой арматуры): • 1 случай:

£7 = 0:

К/с  ф + к*  К  ь + К„  А/ + Кь  Ь

£ М = 0:

- N  е + К/с  Аф

2 случай:

IГ = 0

^  К  Ь + Кс  Л/ + Яь  Ь  (х - Н2) - N - Ла  Л, -  К  Ь - Л  Лф1 = 0(3) IМ = 0: - N  е + Л^  К  Ь  (К - а - 0.5  К ) + К„  Л^  (К - а - К - с') +

+ Л  Ь  (х - К)  (К - а - 0.5  К - 0.5  х) - Л  Л^  (с + К - а) -К^,,  К • Ь  (0.5  К - а) = 0(4) • 3 случай:

IГ = 0:

Лс  Л:  2 + Ль  Ь  К2 + Ль  Ь0

IМ = 0:

- N  е + Лс  А

Значения расчетных сопротивлений сталефибробетона осевому растяжению К/ы и осевому сжатию Я/ь были определены по формулам (6.5; 6.7 и 6.8) [1]. Для примера приведены значения К/ы и Я/ъ при использовании некоторых марок фибр (рис.3):

Рис. 3. Значения расчетных сопротивлений сталефибробетона осевому растяжению RjЪt и осевому сжатию RjЪ для некоторых видов фибр

При указанных схемах усилий (рис.2) во внецентренно сжатой колонне, величину минимального эксцентриситета етпп - расстояние от точки приложения силы N до центра тяжести наиболее растянутой арматуры А при котором значение продольной силы N максимально, можно подобрать из граничного условия: высота

х < К - К - с - Г

сжатой зоны 1 , где г - радиус растянутой арматуры «нового» слоя

фибробетона (случай больших эксцентриситетов). После подбора такого значения е, которое удовлетворяло бы граничному условию, вычисляется е0-расстояние от точки

приложения силы N до центра тяжести усиливаемой колонны е0 = е - 0.5  К - а

(рис.2). В расчете были рассмотрены эксцентриситеты, соответствующие во всех трех расчетных случаях граничному условию, начиная от минимального, принятого е = 512мм и е0 = 247мм с шагом 50мм. Случай малых эксцентриситетов в исследовательской работе не рассматривался.

Решая совместно уравнения (1) и (2), (3) и (4), (5) и (6) через решение квадратного

уравнения Л х + В х + С = 0, получившегося в результате математических выражений и преобразований, были получены недостающие данные - значения высоты сжатой зоны сечения х и несущей способности усиливаемой колонны N табл. 1:

Таблица 1. Вычисление высоты сжатой зоны и несущей способности усиливаемой колонны на примере применения фибры фрезерованной из слябов по ТУ 1211 -205-46854090 FIBAX1/50

ТУ 1211-205-46854090 FIBAX 1/50

A B С x<(h-h1-c-r) x, мм N, кН

-3262.50 378450.00 518537515.65 478 461 3385

После установления всех расчетных параметров и несущих способностей колонн, усиленных сталефибробетоном двумя способами и железобетоном методом двустороннего наращивания, следует провести оценку и сравнение эффективности представленных способов и материалов.

Однако сразу сделать выводы о том, какой способ усиления является более эффективным в численном эквиваленте - усиление при помощи сталефибробетона или при помощи железобетона, оказывается довольно сложно. Чтобы оценить результаты расчетов, приведенных выше, были составлены сводные таблицы (табл. 2, 3) полученных несущих способностей усиленной колонны N при заданном эксцентриситете e0. Значение несущих способностей колонны, усиленной железобетоном были приняты за 100%, а значения несущих способностей колонны, усиленной сталефибробетоном были приняты, как прирост к 100%.

Таблица 2. Сводная таблица полученных значений несущих способностей колонны, усиленной сталефибробетоном и железобетоном

Усиление железобетоном Усиление сталефибробетоном

В25 ТУ 0882-193-46854090-2009 ТУ 1231-001-70832021

ТУ 0991-123-53832025

B25 B30 B25 B30

e0 N, кН % N, кН % N, кН % N, кН % N, кН %

247 2300 100 3189 139 3197 139 3193 139 3137 136

297 2094 100 2792 133 2824 135 2814 134 2769 132

347 1787 100 2438 136 2492 139 2477 139 2442 137

397 1534 100 2128 139 2201 143 2182 142 2156 141

447 1330 100 1861 140 1948 146 1926 145 1908 143

497 1167 100 1635 140 1732 148 1707 146 1696 145

547 1036 100 1445 139 1547 149 1521 147 1516 146

Таблица 3. Сводная таблица полученных значений несущих способностей колонны, усиленной сталефибробетоном и железобетоном

Усиление сталефибробетоном

ТУ 1211-205-46854090

HENDIX FIBAX1/50 FIBAX 1.3/50 TWINFLAT MIXARM

B25 B30 B25 B30 B25 B30 B25 B30 B25 B30

e0 N, кН % N, кН % N, кН % N, кН % N, кН % N, кН % N, кН % N, кН % N, кН % N, кН %

247 3409 148 3466 151 3385 147 3423 149 3120 136 3122 136 3024 131 3031 132 3083 134 3065 133

297 3000 143 3074 147 2984 143 3034 145 2735 131 2756 132 2641 126 2671 128 2714 130 2703 129

347 2632 147 2720 152 2623 147 2684 150 2393 134 2430 136 2302 129 2353 132 2385 133 2382 133

397 2306 150 2406 157 2305 150 2373 155 2094 137 2145 140 2007 131 2076 135 2099 137 2103 137

447 2024 152 2132 160 2028 152 2102 158 1837 138 1899 143 1755 132 1837 138 1852 139 1861 140

497 1781 153 1894 162 1790 153 1868 160 1619 139 1688 145 1543 132 1633 140 1642 141 1655 142

547 1576 152 1691 163 1588 153 1668 161 1435 139 1509 146 1365 132 1460 141 1464 141 1480 143

Как видно из табл.2, усиление внецентренно сжатой железобетонной колонны методом двустороннего наращивания посредством применения сталефибробетона, очевидно, дает значительно более высокие значения несущих способностей N усиленной колонны. Прирост составляет от 31 до 63 процентов, в зависимости от значений эксцентриситета е0. Причем, с увеличением эксцентриситета возрастает и прирост несущей способности, несмотря на то, что ее значения уменьшаются. Это подтверждает эффективность применения стальной фибры, при воздействии нагрузок на конструкцию с большими эксцентриситетами. Следовательно, применение стальной фибры в полной мере оправдывает себя, как альтернативного способа усиления конструкций, с точки зрения повышения их несущих способностей.

Также из табл.2 видно, что наибольший прирост несущей способности был получен при усилении колонны сталефибробетоном с бетоном-матрицей класса В30 с комбинированным армированием фиброй из стальной проволоки по ТУ 1211-20546854090 марки «ХЕНДИКС НЕМЭ1Х» 1.0/50 и рабочей арматуры в растянутой зоне диаметром 25 мм. В данном случае, увеличение несущей способности в сравнении с усилением с применением железобетона составило 51-63%. По сравнению с усилением тем же способом, но с применением сталефибробетона с бетоном-матрицей класса В25 и комбинированный армированием и в сжатой, и в растянутой зонах арматурными стержнями диаметром 25 мм эффективность применения сталефибробетона на основе бетона-матрицы класса В30 выше на 3-11%. При использовании фибры марки «ХЕНДИКС НЕМЭ1Х» 1.0/50, исходя из полученных результатов, целесообразнее применить сталефибробетон с бетоном-матрицей более высокого класса, если необходимо получить колонну, способную воспринять более высокие нагрузки и сократить расход металла на рабочую арматуру.

Однако, повышение класса бетона-матрицы «нового» слоя и использование рабочей арматуры только в растянутой зоне сечения усиливаемой колонны, не всегда приводит к значительному увеличению значений ее несущей способности. Так, при использовании сталефибробетона с добавлением рубленой фибры из стальной проволоки по ТУ 1221-002-95751815 типа «ФЛА» и фибры резаной из стального листа по ТУ 0991-123-53832025 и ТУ 1231-001-70832021повышение несущей способности не произошло, ее значения хоть и незначительно, на 1-3%, но уменьшились. В данных случаях повышение класса бетона-матрицы сталефибробетона не приводит к ожидаемым результатам и повышению несущей способности колонны, и, следовательно, нецелесообразно.

Список литературы

1. СП 52-104-2009* Сталефибробетонные конструкции. М.: ОАО НИЦ Строительство, 2010. 63 с.

2. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями N 1, 2, 3). М.: ОАО НИЦ Строительство, 2013. 116 с.