Влияние шва бетонирования на работу конструкции

ВЕСТНИК .

МГСУ_3/2014

УДК 691.32

А.А. Коянкин, В.И. Белецкая, А.И. Гужевская

ФГОУВПО «СФУ»

ВЛИЯНИЕ ШВА БЕТОНИРОВАНИЯ НА РАБОТУ КОНСТРУКЦИИ

В связи с тем что при возведении зданий из монолитного железобетона неизбежно устройство достаточно большого количества рабочих швов бетонирования, были проведены экспериментальные исследования по изучению качества рабочего шва и его влияния на работу конструкции.

Ключевые слова: рабочий шов бетонирования, монолитные железобетонные конструкции, несущая способность, жесткость, трещиностойкость.

Здания из монолитного железобетона [1, 2] в настоящее время пользуются большой распространенностью. Наряду с большим количеством достоинств, которыми монолитные здания обладают и которые неоднократно перечислены в работах многих авторов [3, 4], существует большое количество неизученных вопросов, требующих подробного рассмотрения. Среди них — технологические швы бетонирования, которые неизбежны при возведении практически любого монолитного здания, и качество выполнения которых влияет на надежность зданий и сооружений. Несмотря на регулярное использование понятия рабочего шва, а также четкое указание в строительных нормах по технологии выполнения швов, большинство организаций не соблюдают правильную технологию бетонирования элементов, вследствие чего, прочностные и жесткост-ные характеристики конструкции ухудшаются, поскольку величина сцепления нового бетона со старым значительно ниже, чем монолита. В итоге рабочий шов отличается от монолитного бетона не только по прочности, но и по другим характеристикам: меньшая жесткость, несущая способность, морозостойкость, трещиностойкость, водопроницаемость и т.д. Таким образом, швы являются ослабленным местом, поэтому их необходимо устраивать в сечениях, где стыки старого и нового бетона не могут существенно влиять на работу конструкции.

Несмотря на актуальность вопроса по изучению работы технологического шва [5] в составе зданий и сооружений, в настоящее время проведено достаточно мало исследований в данном направлении. Именно это и привело к идее проведения экспериментальных исследований по изучению работы шва бетонирования под действием нагрузок.

Для проведения экспериментальных исследований были изготовлены железобетонные балки прямоугольного сечения 80^160 (к) длиной 1200 мм выполненные из тяжелого бетона класса В25, армированные плоскими сварными каркасами, состоящими из продольной рабочей арматуры 010А-1 и поперечной арматуры 03Вр-[. Всего было изготовлено 8 образцов балок по 4 типам (по 2 образца на каждый тип). Образцы типа 1 (Т1) были залиты цельными, не имеющими технологического шва и приняты в качестве номинальных.

Образцы типа 2 (Т2) выполнены с нарушением строительных норм, с использованием строительной металлотканой сетки, которую использовали в качестве заслонки между первой и второй половинами балок. При изготовлении образцов типа 3 соблюдалась технология, указанная в СНиП 3.03.01—87 «Несущие и ограждающие конструкции», согласно которой шов должен быть прочищен от грязи и мусора, промыт водой и просушен струей воздуха. Образцы типа 4 выполнялись с нарушением строительных норм и в качестве заслонки между первой и второй половинами балок использовался деревянный брус, при этом шов не прочищался, как того требуют нормы.

Испытания железобетонных балок выполнялись на стенде, который состоял из основания и четырех вертикальных стоек, к которым крепились шарнирные опоры и дополнительные уголки для установки индикаторов. Загрузочное устройство состояло из гидравлического домкрата (ДГ-70 с диаметром поршня 58,8 мм) и траверсы, которые размещались на верхнем поясе сварной станины (рис. 1).

Ь = 1208 мм

К

L, = 400 мм

О

Н = 320 мм

L. = 400 мм

L. = 400 мм

L = 1100 мм

а

б

Рис. 1. Экспериментальная установка: а — схема; б — фото

Вертикальные перемещения балки фиксировались индикаторами часового типа ИЧ-10. Ширина раскрытия трещин измерялась с помощью микроскопа МПБ-3.

В результате проведенных испытаний было определено, что наличие шва бетонирования существенно снижает жесткость и несущую способность конструкции. Это подтверждается тем, что полученные прогибы цельных балок типа 1 значительно ниже, чем прогибы балок, выполненных с рабочим швом. Отмечено, что прогибы балок, выполненных с соблюдением нормативной тех-

ВЕСТНИК

МГСУ-

3/2014

нологии, оказываются ниже, чем прогибы балок, выполняемых с нарушением норм. В частности, в образцах типа 2, швы которых выполнены с использованием строительной сетки, величина прогибов оказалась в 3 раза больше, чем прогибы номинальных образцов. Прогибы образцов типа 4, швы которых выполнены без какой-либо обработки, превысили в 1,8 раза прогибы цельных балок. При этом прогибы балок типа 3 больше, чем прогибы номинальных балок, в 1,4 раза (рис. 2).

Рис. 2. Прогибы

Анализ трещиностойкости проводили с позиции сравнения ширины раскрытия трещин, так как в образцах типа 2.. .4 трещины образованы изначально.

При испытаниях ширина раскрытия трещин оказалась больше в номинальных образцах, что объясняется неконтролируемостью образования и развития трещин цельной монолитной конструкции [6—8]. В результате нагру-жения происходит внезапное образование первой трещины с последующим равномерным ее раскрытием. Среди образцов с рабочими швами минимальная величина раскрытия трещин была зафиксирована в образцах, выполненных с соблюдением нормативных требований.

В результате проведенных испытаний выявлено, что наибольшей несущей способностью [9—12] обладают образцы, выполняемые цельными. Среди образцов, выполненных с устройством рабочих швов бетонирования, максимальная несущая способность получена в образцах, швы которых выполнялись согласно требованиям СНиП 3.03.01—87. При этом несущая способность указанных балок оказалась ниже, чем несущая способность номинальных образцов, примерно на 30 %.

Несущая способность образцов, швы которых выполнены с нарушениями нормативных требований, оказалась в 1,5 раза ниже, чем несущая способность образцов, выполняемых согласно технологии, определенной требованиями норм и правил (рис. 3). Этот фактор однозначно указывает на необходимость строгого и обязательного соблюдения нормативной технологии выполнения рабочих швов. Рис. 3. Несущая способность

Вывод. Требуется подробное изучение работы конструкции, которая выполнена с рабочими швами бетонирования, поскольку существенно изменяются в сторону ухудшения прочностные и жесткостные характеристики конструктивного элемента, который выполнен со швом, в то время как при реальном проектировании монолитные здания рассчитываются как цельномонолитные, без швов. Тем более что при этом нет возможности при проектировании предвидеть фактические места, где будет устроен рабочий шов. Кроме того, результаты проведенных испытаний четко указывают на необходимость обязательного соблюдения технологии выполнения конструкции рабочего шва, которая прописана в СНиП 3.03.01—87 «Несущие и ограждающие конструкции».

Библиографический список

1. Соколов М.Е. Рекомендации по рациональному применению конструкций из монолитного бетона для жилых и общественных зданий. М. : ЦНИИЭПж, 1983.

2. Сиголов Э.Е., Протасов В.А. К определению осредненной жесткости железобетонных внецентренно сжатых стоек с учетом трещин в растянутых зонах // Бетон и железобетон. 1971. № 2. C. 34—36.

3. Попова М.В. Несущая способность и деформативность монолитных плит перекрытий с учетом образования технологических трещин. М., 2002. 186 с.

4. Шпете Г. Надежность несущих строительных конструкций / пер. с нем. О.О. Андреева. М. : Стройиздат, 1994. 288 с.

5. Eisenberger M., Bielak J. Finite beams on infinite two-parameter elastic foundations // Computers & Structures. 1992, vol. 42, no. 4, рр. 661—664. DOI: 10.1016/0045-7949(92)90133-K.

6. Соколов М.Е. Исследование трещинообразования в монолитных зданиях // Жилищное строительство. 1978. № 8. С. 11—16.

7. Гвоздев А.А. Трещиностойкость и деформативность обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций. М. : Стройиздат, 1965.

8. Гуща Ю.П. Исследование ширины раскрытия нормальных трещин // Прочность и жесткость железобетонных конструкций. М. : Стройиздат, 1971.

9. Карпенко Н.И. К построению общих критериев деформирования и разрушения железобетонных элементов // Бетон и железобетон. 2002. № 6. С. 20—25.

10. RazaqpurA., Shah K. Exact analysis of beams on two-parameter elastic foundations // International Journal of Solids and Structures. 1991, vol. 27, no. 4, рр. 435—454. DOI: 10.1016/0020-7683(91)90133-Z.

11. Пищулев А.А. Совершенствование расчета прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных конструкций с поврежденной сжатой зоной бетона. Самара, 2010. 192 с.

12. Коренев Б.Г. Вопросы расчета балок и плит на упругом основании. М. : Гос-стройиздат, 1954. 231 с.

Поступила в редакцию в феврале 2014 г.

Об авторах: Коянкин Александр Александрович — кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций и управляемых систем, Сибирский федеральный университет (ФГОУ ВПО «СФУ»), 660041, г. Красноярск, проспект Свободный, д. 79, koyankinaa@mail.ru;

Белецкая Валерия Игоревна — магистрант кафедры строительных конструкций и управляемых систем, Сибирский федеральный университет (ФГОУ ВПО «СФУ»), 660041, г. Красноярск, проспект Свободный, д. 79, beleckaya@yandex.ru;

ВЕСТНИК .

МГСУ_3/2014

Гужевская Анастасия Игоревна — магистрант кафедры строительных конструкций и управляемых систем, Сибирский федеральный университет (ФГОУ ВПО «СФУ»), 660041, г. Красноярск, проспект Свободный, д. 79, nastena.nya@mail.ru.

Для цитирования: Коянкин А.А., Белецкая В.И., Гужевская А.И. Влияние шва бетонирования на работу конструкции // Вестник МГСУ. 2014. № 3. С. 76—81.

A.A. Koyankin, V.I. Beletskaya, A.I. Guzhevskaya

THE INFLUENCE OF CONCRETE JOINTS ON THE STRUCTURAL BEHAVIOR

The buildings made of monolithic reinforced concrete currently enjoy great popularity. Along with a great number of advantages of monolithic building, which are repeatedly listed in the works of many authors, there are many unexplored issues which require detailed consideration. The technological concrete joints are among them. The joints are inevitable in the process of construction of almost any monolithic building and their quality affects the reliability of buildings and structures. Despite regular use of the concept of cold joint and clear instructions in building standards on the technology of joint production, most organizations do not follow the correct technology of concreting the elements. As a result, the strength and stiffness characteristics of the construction deteriorate, because the linkage value of new concrete with the old one is significantly lower than in monolith. In order to conduct experimental studies the reinforced concrete beams of rectangular section were produced. As a result of testing, it was determined that the presence of a concrete joint significantly reduces the stiffness and carrying capacity of the structures. It is confirmed by the fact that the received deflections of solid beams without joint are significantly lower than the deflections of beams with cold joint. It also noted that the deflections of the beams manufactured following the normative technology are lower, than the deflections of the beams, manufactured with violation of the rules. Basing on the obtained results, it was concluded, that more detailed study of the work of a construction with cold joints in concrete is required. The reason for it is in the changing for the worse of the strength and stiffness characteristics of structural element, which is made produced with a joint, while in the process of real designing, the monolith buildings are calculated as solid monolithic, without joints.

Key words: cold joint of concrete, monolithic reinforced concrete structures, bearing capacity, rigidity, crack resistance.

References

1. Sokolov M.E. Rekomendatsii po ratsional'nomu primeneniyu konstruktsiy iz monolit-nogo betona dlya zhilykh i obshchestvennykh zdaniy [Recommendations for Rational Use of the Structures Made of Monolithic Concrete for Residential and Public Buildings]. Moscow, TsNIIEPzh Publ., 1983.

2. Sigalov E.E., Protasov V.A. K opredeleniyu osrednennoy zhestkosti zhelezobetonnykh vnetsentrenno szhatykh stoek s uchetom treshchin v rastyanutykh zonakh [On the Rigidity Determination of Reinforced Concrete Off-centre Compressed Columns]. Beton i zhelezobe-ton [Concrete and Reinforced Concrete]. 1971, no. 2, pp. 34—36.

3. Popova M.V. Nesushchaya sposobnost' i deformativnost' monolitnykh plit perekrytiy s uchetom obrazovaniya tekhnologicheskikh treshchin [Bearing Capacity and Deformability of Monolithic Floor Slabs with Account for Technological Cracks Formation]. Moscow, 2002, 186 p.

4. Spaethe G. Die Siclierhcit tragender Baukonstruktionen. 1992, Springer Auflage, 306 p.

5. Eisenberger M., Bielak J. Finite Beams on Infinite Two-parameter Elastic Foundations. Computers & Structures. 1992, vol. 42, no. 4, pp. 661—664. DOI: 10.1016/0045-7949(92)90133-K.

6. Sokolov M.E. Issledovanie treshchinoobrazovaniya v monolitnykh zdaniyakh [Crack Formation Study in Monolithic Buildings]. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 1978, no. 8, pp. 11—16.

7. Gvozdev A.A. Treshchinostoykost' i deformativnost' obychnykh i predvaritel'no napry-azhennykh zhelezobetonnykh konstruktsiy [Crack Resistance and Deformability of Usual and Prestressed Concrete Structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1965.

8. Gushcha Yu.P. Issledovanie shinny raskrytiya normal'nykh treshchin [Width Study of Normal Cracks]. Prochnost' i zhestkost' zhelezobetonnykh konstruktsiy [Durability and Rigidity of Reinforced Concrete Structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1971.

9. Karpenko N.I. K postroeniyu obshchikh kriteriev deformirovaniya i razrusheniya zhelezobetonnykh elementov [On the Question of Developing General Criteria of Deformation and Destruction of Reinforced Concrete Elements]. Beton i zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete]. 2002, no. 6, pp. 20—25.

10. Razaqpur A., Shah K. Exact Analysis of Beams on Two-parameter Elastic Foundations. International Journal of Solids and Structures. 1991, vol. 27, no. 4, pp. 435—454. DOI: 10.1016/0020-7683(91)90133-Z.

11. Pishchulev A.A. Sovershenstvovanie rascheta prochnosti normal'nykh secheniy iz-gibaemykh zhelezobetonnykh konstruktsiy s povrezhdennoy szhatoy zonoy betona [Improvement of Strength Calculation of the Normal Sections of Bending Reinforced Concrete Structures with the Damaged Compressed Concrete Area]. Samara, 2010, 192 p.

12. Korenev B.G. Voprosy rascheta balok i plit na uprugom osnovanii [Questions of the Calculation of Beams and Slabs on Elastic Foundation]. Moscow, Gosstroyizdat Publ., 1954, 231 p.

About the authors: Koyankin Aleksandr Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Engineering Structures and Controlled Systems, Siberian Federal University (SFU), 79 Svobodnyy Prospekt, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation; koyankinaa@mail.ru;

Beletskaya Valeriya Igorevna — Master Degree student, Department of Engineering Structures and Controlled Systems, Siberian Federal University (SFU), 79 Svobodnyy Prospekt, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation; beleckaya@yandex.ru;

Guzhevskaya Anastasiya Igorevna — Master Degree student, Department of Engineering Structures and Controlled Systems, Siberian Federal University (SFU), 79 Svobodnyy Prospekt, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation; nastena.nya@mail.ru.

For citation: Koyankin A.A., Beletskaya V.I., Guzhevskaya A.I. Vliyanie shva beton-irovaniya na rabotu konstruktsii [The Influence of Concrete Joints on the Structural Behavior]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 3, pp. 76—81.