ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ПЕРЕМЫЧКА

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к перемычке брусковой для жилых и общественных зданий с кирпичными стенами на основе сталефибробетона.
Широко известен сталефибробетон и строительные конструкции на его основе. Указанные строительные конструкции характеризуются тем, что они выполнены из мелкозернистого (среднезернистого) бетона, дисперсно армированного отрезками стальной проволоки, узких полосок листовой стали и др., именуемых стальной фиброй. Также сталефибробетонные строительные конструкции могут включать дискретную арматуру. (см., например, А. Захезин, Б. Трофимов, Л. Крамар - кафедра «Строительные материалы» ЮурГУ». Сталефибробетон в современном строительстве, Журнал «СтройЭксперт», 2007. - №10. - С.25-26.).
Известна железобетонная перемычка в виде горизонтально расположенного параллелепипеда с углублениями в верхней грани для размещения поворачивающихся монтажных петель. Перемычка выполнена из безавтоклавного ячеистого бетона, дисперсно армированного отрезками синтетических волокон. (Патент на полезную модель РФ №32514, кл. Е04В 2/02, Е04С 3/02, опубл. 20.09.2003).
Такая железобетонная перемычка на основе ячеистого бетона обеспечивает достаточно низкую трудоемкость и снижение затрат на ее изготовление. К ее недостаткам следует отнести пониженную морозостойкость ячеистого бетона и высокий расход цемента на его производство. Низкий модуль упругости и высокая предельная деформируемость синтетических волокон обуславливает высокую деформативность перемычек, особенно после трещинообразования, и, как следствие, низкую жесткость, что ограничивает использование данных перемычек для перегородок и самонесущих стен в малоэтажном строительстве.
Известна железобетонная перемычка со стандартным армированием ЗПБ16-37 по серии 1.038.1-1 «Перемычки железобетонные для зданий с кирпичными стенами», выполненная в виде параллелепипеда из бетона класса В 15. Перемычка армирована пространственными каркасами, состоящими из плоских арматурных каркасов и монтажной арматуры из стали класса А400 (A-III). (Типовые конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений. Серия 1.038.1-1. Перемычки железобетонные для зданий с кирпичными стенами. / ЦНИИЭПжилища. - М., 1986. - Вып.1).
Указанная перемычка обеспечивает достаточно высокую несущую способность. К недостаткам указанной конструкции следует отнести высокую трудоемкость изготовления в связи с необходимостью изготовления сварных арматурных сеток и сравнительно низкие прочность, жесткость, трещиностойкость, морозостойкость и ударная выносливость.
Наиболее близкой к заявляемому объекту по технической сущности, а также по несущей способности и трещиностойкости является железобетонная перемычка выполненная в виде параллелепипеда и включающая среднезернистый бетон В20, при этом перемычка включает дисперсное армирование стальной фиброй, дискретную продольно размещенную стальную арматуру А400 в виде стержня и монтажную арматуру в виде строповочных петель (Ивлев М.А. и др. Сталефибробетон в производстве перемычек жилых и гражданских зданий. Строительные материалы и изделия. Известия КазГАСУ, №2 (14), 2010, с.223-227. Найдено в Интернет: (URL:http://izvestija.kgasu.ru/2_2010/Ivlev_Strugovetz_223_228.pdf).
Использование данной железобетонной перемычки дает возможность исключить поперечное армирование, существенно снизить стоимость и трудоемкость изготовления.
Недостатком указанной конструкции является использование относительно низкого класса прочности среднезернистого бетона - В20. Данный класс прочности бетона обеспечивает недостаточное сцепление фибры с бетоном, поэтому прочностные характеристики указанной фибры используются не в полной мере и, как следствие, дисперсно-армированный среднезернистый бетон имеет недостаточно высокую трещиностойкость. Данное обстоятельство делает невозможным использование дискретной, арматуры с повышенными прочностными характеристиками и относительно не высоким модулем упругости, с уменьшением ее поперечного сечения и снижением общей металлоемкости из-за недостаточно высокой трещиностойкости и жесткости получаемой конструкции. Кроме того, наличие монтажной арматуры делает невозможным производство данных конструкции современным методом безопалубочного формования.
Полезная модель направлена на снижение металлоемкости, и стоимости изготовления перемычки, повышение прочности, жесткости, трещиностойкости, морозостойкости и ударной выносливости, расширение номенклатуры применяемой стержневой ненапрягаемой дискретной арматуры.
Это достигается тем, что железобетонная перемычка, выполненная в виде параллелепипеда и включающая среднезернистый армированный стальной фиброй бетон, и дискретную продольно размещенную стальную арматуру в виде стержня, согласно полезной модели перемычка в качестве среднезернистого бетона включает бетон класса В25-В35 и выше, в качестве стальной арматуры - стальную арматуру класса А500 с при следующем составе: 87-93 масс.% среднезернистого бетона, 1-3 масс.% - стальной арматуры и 3.2-6.4 масс.% - стальной фибры, при этом стальная фибра имеет расчетное сопротивление фибры на растяжение 440-580 МПа, длина фибры составляет 35-50 мм, диаметр фибры - 0.7-1,0 мм).
Использование арматуры класса А500 с с повышенными прочностными характеристиками позволит уменьшить поперечное сечение дискретной арматуры, сократить металлоемкость и, в большинстве случаев, стоимость изготовления. Использование дисперсно армированного среденезернистого бетона классов В25-В35 и выше позволит повысить прочность, жесткость, трещиностойкость, морозостойкость и ударную выносливость.
Использование в качестве дискретной рабочей арматуры класса А500 с значительно расширяется номенклатуру применяемой стержневой ненапрягаемой дискретной арматуры.
Кроме того, использование заявляемой конструкции перемычки позволит отказаться от монтажной арматуры в виде строповочных петель, а это дает возможность производить данные конструкции современным технологичным методом безопалубочного формования.
При снижении массового процента содержания стальной фибры ниже 3.2% не достигается необходимая прочность сталефибробетона на растяжение для восприятия растягивающих усилий в перемычке на приопорных участках. При повышении содержания стальной фибры выше 6,4 масс.% не наблюдается заметного повышения прочности сталефибробетона,
При снижении содержания стальной арматуры класса А500 с ниже 1 масс.% наблюдается недостаток несущей способности перемычки на действие изгибающего момента от расчетных нагрузок. При повышении массового процента содержания стальной арматуры выше 3 масс.% не наблюдается пропорционального повышения несущей способности перемычки на действие изгибающего момента, стержневая арматура используется не эффективно.
f
При длине фибры l=35-50 мм перемешивание фибру с бетоном происходит без комкования (образования «ежей»), бетон классов В25-В35 и выше при данной длине фибры обеспечивает хорошую анкеровку фибры в теле бетона матрицы, что позволяет полноценно использовать прочностные характеристики фибры (фибра не выдергивается из бетона-матрицы).
На фиг.1 показана заявляемая железобетонная перемычка в виде параллелепипеда, включающая тело перемычки 1, выполненной из бетона с дисперсным армированнием стальной фиброй 2 и дискретно продольно размещенной стальной арматурой 3 в виде стержня. Перемычка установлена на опоры 4. Стальная фибра может быть изготовлена из отрезков проволоки или узких полосок листовой стали. На фиг.2 приведена схема испытаний для перемычек.
0
доп
В аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Евробетон» г.Уфы были проведены натурные испытания предлагаемой перемычки и перемычки по прототипу в соответствии с действующими нормативными требованиями по серии 1.038.1-1 вып.1 на эквивалентную нагрузку согласно схеме испытания (фиг.2), где L=1380 мм - расчетный пролет, Р - контрольная нагрузка.
f
f
f
Перемычка про прототипу выполнена из бетона класса В20 дисперсно армированного стальной фиброй НПО «Магнитогорск фибра-строй» (расчетное сопротивление фибры на растяжение R=460 MПa, длина фибры l=40 мм, диаметр фибры d=0.8 мм) в количестве 1.5%, продольная арматура А400 (A-III) а=14 мм, монтажная арматура в виде двух строповочных петель А240 (A-I).
f
f
f
Предлагаемая перемычка с комбинированным сталефибробетонным армированием изготовлена с теми же геометрическими размерами и рассчитана на аналогичные нагрузки. Перемычка выполнена из бетона класса В30 с добавлением стальной фибры НПО «Магнитогорск фибра-строй» (расчетное сопротивление фибры на растяжение Кг=460МПа, длина фибры l=40 мм, диаметр фибры d=0.8MM) в количестве 1.5%. Рабочая продольная стальная арматура в виде стержня - А500 d=10 мм. Монтажная арматура отсутствует.
Результаты сравнительных испытаний приведены в табл.1.
Таблица 1
Показатели стандартной по прототипу и предлагаемой сталефибробетонной перемычек
Способ армированияПоказатель.
Железобетонная перемычка по прототипу
Заявляемая железобетонная перемычка
Контрольная кратковременная нагрузки Р<sub>доп</sub> при проверке жесткости, кгс
1870
1870
Фактический прогиб от кратковременной нагрузки, мм
1.7
1.4
Контрольная нагрузка Р<sub>доп</sub> при проверке трещиностойкости, кгс
2255
2255
Фактическая нагрузка трещинообразования Р<sub>доп</sub>, кгс
1460
3050
Фактическая ширина раскрытия трещин, мм
0,03
≤0,01
Величина контрольной разрушающей нагрузки. Р<sub>доп</sub>, кгс
3615
3615
Фактическая разрушающая нагрузка Р<sub>доп</sub>, кгс
4350
4615
crc.
Испытания показали, что в предлагаемой перемычке при достижении нормативной и даже расчетной нагрузки протяженных трещин со значительной шириной раскрытия не наблюдалось, кроме отдельных волосяных трещин с шириной раскрытия a<0,01 мм, что свидетельствует о ее высокой трещиностойкости. Визуальный осмотр поверхности разрушенного сечения показал, что стальная фибра равномерно распределена в бетонной матрице и выдергивания фибры из бетона практически не наблюдалось, что указывает на достаточно хорошее сцепление фибр с бетоном. Разрушение произошло в результате превышения предела текучести растянутой арматуры и обрыва фибр.
Как видно из таблицы 1, предлагаемая сталефибробетонная перемычка превосходит перемычку по прототипу по прочности, жесткости, трещиностойкости, а также имеет повышенную морозостойкость и ударную выносливость. Уменьшение диаметра рабочей продольной арматуры и отсутствие монтажной арматуры в виде строповочных петель обеспечивают снижение металлоемкости конструкции и изготовление перемычки современным технологичным методом безопалубочного формования, что позволит снизить трудоемкость их изготовления и, соответственно стоимость. Возможность использования дискретной рабочей стальной арматуры класса А500 с значительно расширит номенклатуру применяемой арматуры.