автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Особенности работы стрежневой арматуры серповидного периодического профиля в преднапряженных железобетонных элементах

: ~ Ч У,

<; ч. ..! -

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИСОЩЮБАТЕЛЬСШ, ПРОЕКТНО-КОКСТРУКТОРСЮЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА "НШБ"

На правах рукописи ТУЛЕЕВ Турсымбай Дуйсембаевич

' УДК 691.87.420;666.982.4

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ СЕРПОВШОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ В ПРЕПНАПРЯ2ЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

05.23.01 - Строительные конструкции, знания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

г

Работа выполнена в ордене Трудового Красного Знамени научнр-исследоватвльском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона "НИИЖБ"

Научный руководитель - локтор технических наук,

профессор С.А.Мапатяя

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ю.В.Чиненков

- кандидат технических неук, Ю.С.Кулагин

Ведущая организация - Всесоюзный научно-исследо-

вательский институт трак-.спортного отоительства

• цниис

Защита состоится "/5> 1992 г. в часов

на заседании специализированного совета К.033.03.01 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона по адресу: 109428, Москве, 2-ая Институтская ул., п.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЖБ.

Автореферат разослан "_1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат техсических наук

Л-У-Ч. Т.А.Кузьмич

" Г 1 Л р |

- --5—'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность теш. В большинстве индустриально развитых стран мира стеряневая арматура повышенной прочности выпускается с серповидным периодическим профилем. Отличие этого профиля от -кольцевого по ГОСТ 5781-82 состоит в том, что поперечные выступи нз пересекаются с продольными. Это обеспечивает снятие концентраторов напряжений в местах пересечения продольных и поперечных ребер и за счет этого повышение прочности стали при статической и мноРократно-повторной нагрузках, а такпе другие преимущества.

Проведенные ранее в нашей стране исследования арматуры с серповидным периодическим профилем были выполнены либо на ^еных образца;с, либо на различных видах профилей' без системного подхода к оценке влияния геометрических размеров на прочность и деформа-тивность сцепления, длину зоны анкеровки и длину зоны передачи напряжения и распорность, а такие на прочность, трециностойкость и деформатиетость железобетонных элементов. И это послужило одной из причин значительной задержки с внедрением нозого эффективного периодического профиля стержневой арматурной стали в наией страна.

В связи с этим," целенаправленные исследования влияния геометрических размеров: высоты |т, , пага Ь и угла наклона о( п.ле-речных ребер и относительной площади смятия - стеркневой арматурной стали на сцепление с батоном, длину зоны анкеровки и длгагу зоны передачи напряжения и распорность, а такяе на прочность, трэ-щкнсстоКкость и деформатпвность келезобетонных злзмгнтов являются, весьма актуальными. Разработка на их основе нормативно-технической документации по производству и применения серповидного профи-«я ъ железобетонных конструкциях приводит к снижение металлоемкости изделий,

Цельч диссертационной работы является изучение влияния гзо~

метрических размеров серповидного периодического профиля стержне-' вей арматурной стали на её механические свойства, сцепление с бетоном, длину зоны передачи напряжения и распорность, а также особенности её работ : в преднапряженных призматических и изгибаемых элементах.

Научную новизну работы составляют:

- Результаты исследования влияния геометрических размеров серповидного периодического профиля стержневой арматуры на:

механические свойства арматурной стали класса Ат-У1 марки

20ГС ;

прочность и деформативность сцепления при различных классах,

видах бетона и длине заделки арматуры ;

длину зоны передачи напряжения и распорность в преднапряжен-

ных призматических и изгибаемых элементах ;

прочность, трещиностойкость и деформативность изгибаемых • преднапряженных элементов •

- Аналитические зависимости длины зоны передачи напряжений и напряжений, при которых образуются продольные трещины раскола, от геометрических размеров серповидного периодического профиля.

- Результаты изучения совместней работы с бетоном стержневой напрягаемой арматуры класса Ат-У1 с круглой гладкой поверхность» при наличии и отсутствии анкеров.

- Обоснование и экспериментальное подтверждение применимости существующей методики расчета прочности по наклонному сечению в предварительно напряженных изгибаемых элементах со стержневой арма турой с новым.серповидным периодически« профилем.

- Предложения по оптимальным геометрическим размера!.! сорповид гсго периодического профиля, обеспечивающие наибольшие преимущест

по механическим свойствам, усталостной прочности, уменьшения расгтсрности и'адекватности с профилем по ГОСТ 5781-82 по длине

зоны анкеровки г.оп и длины зоны передачи напряжения 1>р , а также по прочности, трещиностойкости и деформативности в изгибаемых преднапряженных балках.

Автор защищает:

- Методику проведения и результаты экспериментальных исследований. влияния геометрических размеров серповидного периодического профиля на:

механические свойства арматурной стали класса Ат-У1 марки

20ГС ;

прочность и деформативность сцепления с бетоном ;

длину зоны передачи гтреднапряжения и распорность ;

трещиностойкость концевых участков преднапряженных изгибаемых

элементов.

- Экспериментально-теоретические исследования момента образования трещин, ширины их раскрытия и деформаций по нормальному сечению изгибаемых элементов со стержневой арматурой серповидного периодического профиля.

- Функциональные зависимости момента трещинообразования, ширины раскрытия нормальных трещин, прогибов железобетонных элементов от геометрических размеров серповидного периодического профи-гя.

- Результаты экспериментально-теоретических исследований псч-юсти наклонных сечений изгибаемых преднапряженных элементов • со ¡тержневсй арматурой серповидного периодического профиля.

- Разработка нормативно-технической документации по производству и применению арматуры серповидного периодического-профиля в елезобетонных конструкциях.

Практическое значение работы заключается в том, что проведение исследования позволили разработать нормативно-техническую до-ументацига по производству и применению стержневой арматуры эрпсвидногс периодического профиля в железобетонных конструкциях .

Полученные данные будут использованы также в соответствующих разделах норм.

Внедрение работы. По результатам диссертационной работы были разработаны принципиально новые Технические Условия "Прокат для армирования железобетонных конструкций" ТУ 14-2-949-91 и инедрены в производство с 01.01.1992г для выпуска стержневой арматуры нового серповидного периодического профиля.

Апробация работы.•Основные положения и результаты работы докладывались и обсуздались на заседаниях подсекции арматуры 1Ш5 НИЖБ в 1990, 1991 гг.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 112 наименований и приложения. Работа изложена на ИЗ страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка, 29 таблиц и I приложение.

Работа выполнялась в 1989-1991гг в лаборатории арматуры ИО НИШБ Госстроя СССР под руководством доктора технических наук, профессора С.А.Мадатяна.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Широкому применению стержневой арматуры периодического про-, филя в нашей стране содействовали экспериментальные и теоретические исследования, проведенные А.И.Аваковг.:м, Т.И.Астровой, Б.Н. Байковым, Г.И.Бердичевским, А.А.Гвоздевым, Е.А.Гузеевым, С.А.Дмитриевым, М.И.Додоновкм, Т.Ж.Дунусовьм, Н.И.Карпенко, С.А.Мадатя- • ном, Н-.М.Нулиным, В.И.Мурапевым, К.В.Михайловым, А.А.Оатулом, Г.Н.Судаковым, М.М.Холмянским, М.И.Яковлевым и др.

В последние годы при разработке периодическихопрофилей стержней арматуры особое внимание обращено на повышение усталостной прочности арматурной стали. Этому вопросу посвящены теоретические и экспериментальные исследования, проведенные советскими учеными С.М.Скоробогатовым, К.В.Михайловым, Г.Б.Тереховой, М.М.Кобринкм, В.П.Коневским, Б.Я.Рискиндом, А.Г.Сверчковым, Н.М.Мулиным и зарубежными исследователями Г.Ремом, С.Соретцом, Сейлором и др.

Результаты этих исследований в значительной мере определили переход на серповидный периодический профиль с повышенной усталостной прочностью (рис.1).

Начиная с 1987 г. в нашей стране начат промышленный выпуск стержневой арматуры с серповидным периодическим профилем по спеч циальным техническим условиям ТУ 14-2-635-85 и ТУ 14-2-793-88.

Изучения влияния конструкции и геометрических размеров периодического профиля стержневой арматурной стали на ее механические свойства, усталостную прочность и склонность к коррозионному растрескивание, а также на совместную работу с бетоном посвящены работы, проведенные Н.М.Мулиным-, В.П.Коневским, Н.И.Карпёнко, Г.Н. . Судаковым, Б.Я.Рискиндом, В.А.Рахмановым. В.Н.Папу, С.Н.Алексеевым,Г.М.Красовской, Цанко Цанковым(Болгария) и др.

Вместе с тем оставалась нерешенной задача комплексной сравнительной оценки влияния конструкции и геометрических размеров

-а-

А-А

До Б-Б

Рис. I, Периодический профиль арлатуры:

по ГСС7 5781-32 ; б) серповидный по Т/ сеяние по Б-Б :

1 - по Г/ 14-2-535-85 ;

2 - по ТУ 14-2-793-88 .

периодического профиля высокопрочной стержневой арматурной стали на ее механические свойства и совместную работу с бетоном. И это послужило одной из причин значительной задергай с внедрением нового эффективного серповидного профиля в нашей страна.

В связи с этим, диссертационная работа ставит своей цель» исследовать влияния геометрических размеров серповидного периодического профиля стержневой арматурной стали на ее механические свойства, сцепление с бетоном, длину зоны передачи напряжения и распорность, а также особенности ее работы в преднапрякеншк призматических и изгибаемых элементах.

-Для опытов на комбинате "Кривороксталь" совместно с Днепропетровским металлургическим институтом была изготовлена арматурная сталь класса Ат-У1, марки 20ГС диаметром 16 мм с вое мьо вариантами периодического профиля- (см.табл.1), в том числе шесть вариантов серповидного профиля с высотой поперечных ребер я з 0,069 - 0,106 с{ , шагом поперечных ребер "Ь ■ 0,5 - 1,5 с! и

4 О

/глом их наклона к продольной оси стержня » 32,6...61 (1...6); ?ладкий круглый(7) и профиль по ГОСТ 5781-82 о Ь « 0,091 с! (8) , ?де с! - номинальный диаметр арматуры.

Таблица I

Основные геометрические характеристики периодического

профиля опытно-промышленной стержневой арматуры

Профиль Ъ , .мм сА , град.

Хсп 1,10 23,86 32,6 0,024

2сп 1,40 24,66 32,8 0,032

Зсп 1,10 11,52 39,0 0,051

4сп 1,70 11,56 52,9 0,073

5сп 1,10 11,60 53,4 0,046

осп 1,10 8,71 61,0 0,058

7сп - - - -

8гэ 1,45 8,44 61,4 0,125

Такой набор периодических профилей дал нам возмоякость не только изучить влияние геометрических размеров серповидного периодического профиля стерясневой арматуры на ее работу в различна условиях, а также, самое главное, сравнить данные при средних размерах профилей кольцевого 8го — Г1ср в 1,45 мм / |г и 1.5 ± 0,5/ с серповидным 4сп - 1,7 мм

/ «» 1,7 - 0,5/ и при одинаковой высоте поперечных выступов Серповидного Рь = £ = % = 1,4 мм с кольцевым 8го - {г- 1,45 мм.

На первом этапе работы изучались влияния геометрическихраз-ыеров серповидного периодического профиля арматуры на механические свойства арматурной стали класса Ат-У1 марки 20ГС. С целью уменьшения влияния изменчивости механических свойств стали по длине раската отбор образцов для испытаний проводили следующим образом. По ходу прокатки каждого вида профиля от стержней по длине раската отрезали головные и хвостовые участки длиной 4 и. Из оставшихся стержней отбирали головные (№ I), серединные 2) и хвостовые (№ 3) образцы. Испытание на растяжение проводили по методике ГОСТ 12004-81г на разрывных машинах Амсер-50 и "Шенк-2000" с автоматической записью диаграммы растяжения до разрыва образцов. Общее число испытанных образцов-120 шт. По результатам испытаний определяли следующие характеристики механических свойств арматург* б^оа , &о,ог, бо,^ 6"ц, Ъ5, 5Р н .

В результате испытаний выявлены три основных фактора, определяющих изменение механических свойств исследованных видов периодического профиля арматуры:

- ликвидация концентраторов напряжений а пересечении продольных и поперечных ребер профиля;

- более активное включение в работу на растяжение поперечных ребер профиля при их иаге 12 - 24 мм и угле наклона 32,6°-

39,0°, т.е. менее 45°;

- поверхностное упрочнение стержней за счет прокатки арматуры периодического (серповидного) профиля. Опыты показали, что переход на серповидный профиль приводит к повышению по сравнению с профилем по ГОСГ 5781-82 при одинаковой высоте поперечных выступов на 4,5 % и на 6,1 %.Относительное удлинение $р несколько увеличилось. Временное сопротивление 6U стержней-с серповидным профилем выше, чем у круглой . гладкой арматуры на 0,7...4,Об %. Наилучшие прочностные свойства / 6Ц)бо,а./ и относительное удлинение отмечено у стержней с углом наклона поперечных выступов ск ■ 32°,6 - 39°,I.

" Для изучения влияния геометрических размеров серповидного профиля на прочность и деформативность сцепления были запроектированы 1У серии опытных образцов различными классами .и видами тяжелого бетона.В первой и второй сериях прочность тяжелого бетона составила 310 и 394 кгс/см^. В третьей и четвертой сериях

принимались бетоны на основе ТМЦ и ВНВ-100 с прочностью соответ- .

о .

ственно 287 и 525 кгс/см .

Для изучения влияния диаметра и длины заделки арматуры в бетоне на прочность сцепления были дополнительно изготовлены беточные кубы со стержнями арматурной стали промышленного производства серповидным периодическим профилем по 1У 14-2-635-85, ТУ 14-2793-88 и кольцевым по ГОСТ 5781-82 диаметрами 12,14,16,18,20 и 25 мм с относительной длиной заделки в батоне 5, 6,6, 8, 10 и 12 d при прочности бетона 170 кгс/см^, 250 кгс/см^ и 350кгс/см*\

Испытание образцов производили по методике РШ1ЕМ-ФИП-ЕКБ. Образцы представляют собой бетонные кубы с размерами- 200х200х х200 мм и 250x250x250 мм с центрально расположенной арматурой с нарушенным участком сцепления. В связи с этим длина заделки образцов 1-1У серии составила 100 мм(6,25 ci ).

Испытание образцов на выдергивание осуществляли в возрасте 28 суток на машине "Амслер" со шкалой максимальных усилий 25 тс. Разрушающая нагрузка была определена по показаниям силоизмерлтеля испытательной машины, смещение стеркня относительно бетона на свободном конце стержня измеряли индикатором часового типа с ценой деления .0,01 мм. Общее количество испытанных образцов составило 135 шт.

Результата испытаний показали, что с увеличением высоты поперечных выступов серповидного профиля от 1,1 мм до 1,4 и 1,7 мм происходит пропорциональное увеличение прочности и уменьшение дефор-мативности сцепления. Установлено, что при одинаковой высоте поперечных выступов профиля по ГОСТ 5781 (8го) с 1,45 мм и серповидного профиля ^ Д ^ с 1,4 т) (4сп, 5сп ) прочность сцепления по ГОСТ выше на 15-20Й, чем у стержней серповидного профиля.

Поэтому, нами для обеспечения адекватности сцепления с бетоном стержней серповидного и кольцевого профилей при минимальных их размерах введены для серповидного профиля ограничение по величине С не более (_0,3 - 0,32)d и минимальна-я высота поперечных "на" 20-25^ выше, чем для кольцевого профиля по ГОСТ^;* 1,0 ш) .

Увеличение шага поперечных выступов от 8 до 24 мм при =1,1мм показало, что с изменением шага от \ = 8 мм до 12 мм произошло уменьшение деформативности сцепления, а при дальнейшем разрежении шага до 24 юл она увеличилась. Это корреспондируется с ренее полученными денными в работе Г.Н.Судакова. Исходя из этого, для получения наилучшей прочности и д формативноста сцепления шаг поперечных выступов серповидного периодического профиля увеличили на 20% против принятою для кольцевого по ГОСТ 5781. Шаг поперечных ребер Ь принят от 0,625 до 0,75Н. Полученные результаты хорошо согласуется с требованиями стандарта JfO/ &IS.

Изменение угла наклона поперечных выступов к продольной оси стержня qÍ, в пределах 39 - 53,4 не сказалось на прочности и де- _ формативности сцепления арматуры серповидного периодического профиля.

Анализ эксприментальных данных показывает, что увеличение длины заделки арматуры в бетоне приводит к пропорциональному уве-. личению относительной прочности сцепления —, а влияния диаметра арматуры при этом не наблюдается.

В стандартах зарубежных стран оценка эффективности периодического профиля обычно производится по параметру ^ (критерий Рема ) :

£ = С1)

¡JR 5r.de-Cs

где: Fr.- площадь продольного сечения поперечного выступа ;

jb - угол наклона поперечного выступа к оси стержня ; номинальный диаметр арматурного стержне ;

Cs- шаг поперечных выступов профиля^

Опытами установлено, что ^ монет служить критерием эффективности сцепления различных видов периодических профилей лишь при малых деформациях смещений арматуры относительно бетона. При смещении свободного конца стержня <g0= 0,25 мм между относительной прочностью сцепления —^— и ^в пределах от 0,02-i до 0,073 существует линейная зависимость:

б* =(о.*+55.5:ОАб

При нарушении сцепления —-— не определяется однозначно параметром , а зависит от конструкции профиля и значения высоты поперечных выступов & . Сопоставление опытных данных прочности сцепления с расчетными показало, что формула (186_) СНиП 2.03.0184 может быть применена для опенки прочности сцеп-

ления и длины зоны анкеровки стержневой арматуры с серповидными периодическими профилями с ^ц. в пределах от 0,024 до 0,073.

Для исследования влияния геометрических размеров серповидного профиля на длину зоны передачи напряжения и распорность изготовлены три серии образцов с уровнем преднапряжения (0,9бед, 0,7 6^ и 0,5£ З'од) при одинаковой прочности бетона Я»е»33,4-35,3 МПа. Опытные образцы представляли собой призмы с одним стержнем напрягаемой-арматуры,расположенным в центре квадратно-__ го сечения^ одинаковыми для всех номинальными размерами: С т 2700 мм, ширина и высота сечения 100 ым(за основу приня-

та стандартная международная методика РИЛЕМ-ФШ-ЕКБ). Одна сторона во всех образцах серии имела поперечную арматуру из пров~-локи & 5 Вр-1, шаг поперечной арматуры - 70 мы. С другой стороны поперечная арматура отсутствовала. Уровень предварительного напряжения образцов П серии был подобран исходя из результатов испытаний образцов I серии, где ниже этого в образцах с серповидным периодическим профилем не образуются продольные трещин; • раскола.

Уровень предварительного напряжения Ш серии принят 0,556'.,». Это соответствует уровню преднапряжения, при котором в реальных железобетонных изгибаемых элементах^армированных стержнями с профилем по ГОСТ 5781-82^образуются продольные трещины раскола. Во второй и третьей серии опытных образцов продольные трещины не образовались. Обжатие бетона усилиями натянутой арматуры .су-ществлялось на 7 -10-й день после бетонирования. При обжатии бетона на каждом этале с помощью индикаторов измеряли величины втягивания стержней арматуры в бетон, деформации бетона на уровне продо. ной арматуры в продольном и поперечном направлениях с помощью тензодатчиков с бяпой 50 мм, наклееных но Сетон. Эти измерения дали возмоглость оценить фектичесхуч длину чет- пере-

дачи напряжения и распорность.

Опыты показали, что увеличение высоты поперечных аыступов от Ри ■ 1,1 мм до 1,7 мм при шаге 12 мм и ■ 1,4 при 'Ь ■ 24 мм привело к уменьшению длины зоны передачи напряжения 8р на 12,1 - 14 % при уровнях предварительного напряжения соответственно б^р" Ша и - 773 ЫПа.

С изменением шага поперечных выступ от "Ь - 8 мы до Ь « 12 мм при - 1,1 мм происходит умс^ьэышо 8р на 7,8 5?,

а дальнейшее разрежение шага "Ь ■ 24 т повысило 8р 'на' 13,!^.

, >

Уменьшение угла наклона поперечных выступов к продольной оси стержня от с* - 53°,4 /ПН4сп/ до "39°,I /ПНЗсп/ почти не сказалось на значение 6р.

Для сравнения показателей серповидного профиля и профиля по ГОСТ 5781-82 брали средние данные £р и распорности по образцам Ш4сп, ПН5сп ( Ь. » 2 - 1.4) и данные образцов ПНЗго с профилем по ГОСТ 5781-82- К - 1,45 мм. Установлено, что стержни серповидного профиля при одинаковой роботе поперечных выступов и {> ■ (0,65 - 0,8) с! имеют практически одинаковую длину зоны передачи напряжений и в 1,3 - 1,8 ра^ меньшую распорность.

Анализ связи длины зоны передачи наложения Ср с показал, что для арматуры с серповидным профиле»! при ^ от 0,024 до 0,073 зависимость между 6р и досто^рно описывается уравнением (см.рис.2):

122-Х,'К, ( . „ 1 . + I) . 43)

г * 0,55 ♦ 10^

гдо: К, - коэффициент учитывающий уровень, преднапряжения;

при 6"1р® 571 мп« -^(«♦.о и ь&р«17ь нпе* - :

- коэффициент учитывающий наличие поперечной арматуры; « для образцов с поперечной арматурой; для образцов без поперечной арматуры.

Рпс.2. Зависимость длины зоны передачи напряжения £р от

относительной.площади смятия ^ при 571 МПа. • - опытные данные образцов ПН1сп,

ПН2сп, ПН5сп, ЛНЗсп, ПНбсп, ПН4сп, ПК8го серий 1...Ш. а) сторона с поперечной арматурой; б) сторона без поперечной арматуры.

. I .- расчетная по формуле ( 3 ) ; 2 - по формуле (II)

СНиЛ.

Расчетнь'е значения по формуле (II) СНиП 2.03.01-84* показаны на рис.3 горизонтальной линией-и соответствуют для образцов без и с косвенным армированием относительной площади смятия =• 0,06 - 0,065 для арматурных стержней серповидного профиля и ^ » 0,125 для образцов, с арматурой с профилем по ГОСТ 5781-82.

Таким образом очевидно, что переход на серповидный профиль обеспечивает требуемую нормами длину зонг передачи напряжения при почти вдвое меньшем, чем для стержней с профилем по ГОСТ 5781-82.

Поэтому для промышленного изготовления были рекомендованы размеры серповидного профиля^обеспечивающие значения в пределах 0,063 - 0,116 при ^ для стержней профиля по ГОСТ 5781-82 от 0,091 до 0,183.

Расчетные значения Вр, полученные по втягиванию арматуры в бетон по формуле И.Гнйона для образцов с арматурой серповидным профилем при » 0,060}и вычисленные по формуле СНиП, близки между собой.

Необходимость исследования работы арматуры с серповидным периодическим профилем в изгибаемых элементах связана с тем,что ранее проведенные исследования концевых участков преднапряиенных изгибаемых элементов армированных арматурой с профилем по ГОСТ 5781-82 показали, что прн уровнях предварительного напряжения ( ¿»¡>>608 Ша) продольные трещины образуются даже при J1*»} а 4,96 а п наших экспериментах,-проведенных на балках-призмах а центрально расположенной стержневой напряг-емой арматурой ( )j продольные трещины раскола но образовались при

уровно и 773 МПа даже в сторонах призм без поперечной ар-

:-¿ту рой.

Длл изучения илилння геометрических размеров периодического

профиля стержневой арматуры на прочность, трещиностойхость и деформатичность изготовлены 16 железобетонных балок с опытными стержнями (см.табл.1). Опытные образцы представляли собой балки прямоугольного сечения с одинаковыми для всех номинальными размерами: длина Е - 2800 мм, расчетный пролет В0 -■ 2500 мм, ширина сечения & = 150 мы и высота h - 300 им. Надо отметить, что впервые в качестве напрягаемой арматуры в балках использованы Ьтержни с круглой гладкой поверхностью с анкерами и без анкеров. В сжатой зоне принята ненапрягаемая арматура класса А-Ш диаметром 10 мм ( = 500 Ша, » 631 ЫПа, Sp-I6,4%).

Все образцы запроектированы с шагом сварных сеток 70 мм и концевых участках, как в призматических элементах. Сварные сетки были изготовлены из стели .класса A-I диаметром б мм ( бу а и 256 МПа, &и а 415 Ша, 26 %). Поперечная арматура

балок представляла собой замкнутые хомуты из стали класса A-I д • диаметром б мм ( - 265 МПа, 6и ш 397 МПа, Sp-26%), расположенные через 150 мм на участках пролета среза. Уровень предварительного напряжения (0,7 do,2 ) и передаточная прочность бетона ( 36,2 Ша) приняты такие же, как в призматических элементах П серии, где при передаче усилия обнатия на бетон не образовались продольные трещины раскола. Исследования образцов производились при передаче предварительного напряжения и длительной вадержке и при испытании железобетонных балок как однопролетных свободно оперты« балок, нагруженных двумя сосредоточенными силами, расположенными, на расстоянии а » 55 см от опоры--j— » 2,15.

Jim

В процессе исследований и испытаний определялись: потери предварительного напряжения, трещины обжатия, выгиб, раскрытие продольных трещин раскола, длина'зоны передачи напряжения, моменты третанообразования, характер и ширина раскрытия нормаль-

ных трещин, прогибы, деформации бетона и арматура, резрушеющае моменты и поперечине силы опытных образцов.

Анализ экспериментальных данных железобетонных предварительно напряденных балок показал, что опытные величины потерь напряжения от усадки и ползучести бетона при высоких уровнях преднапряжения беол = 805 МПа примерно в 1,5 раза больше, чем рассчитанные по формуле СНиП 2.03.01-84. При этом вид и геометрия периодического

6 oís

. . f«s • Средние' величины потерь

для балок с арматурой серповидного профиля ^ от 0,02 до 0,073 и кольцевого профиля о = 0,125 одинаковы. У образцов с арма-

турой серповидного профиля имеется некоторое уменьшение потерь о увеличением . В балке со стержнями с гладкой поверхностью

без пополнительных анкеров эти потери были примерно на 20-30* вшо. Опытные значения ширины и высоты трещин обжатия а сжатой зоне в балках о арматурой серповидного профиля в целом существенно меньше, чем в балках с арматурой о профилем по ГОСТ. Однако при средних значениях геометрических размеров серповидного профиля по ТУ (4оп) и по ГОСТ (8го) значения этих показателей одинаковы и хорошо отвечают расчетным значениям по СНиП. В балке с гладкой арматурой без анкеров Осгс.оЬьИ ílcrc.obi были почти вдвое меньше, чем рассчитанные по СНиП и наблюдаемые в белках с такой жэ арматурой но с коль-п^вым анкером. Выгиб балок от обжатия и в процессе выдержки также пр.значтальпо изменялся в зависимости от вила периодического профиля ар?«атуры, по был существенно меньше в балках о гладкой арматурой без анкеров. Длина зоны передачи преднапряжения в балках и э грг'лровенншс концах призм зполнв сопоставимы и за счет больней отпускной прочности бетона в балках -школьно меньше. Длдна зо-ffij передачи напряжения стержней серповидного профиля при средних ого размерах по ТУ(4сп) а £ =0,073 на 4,3^ меньше, чем у стержней

кольцевого профиля со средними размерами по ГОСТ и »0,125.

При передаче усилий обжатия 6^оп - 805 Ша во всех балках (кроме балок с профилями 7гл, 1сп) образовались продольные трещины раскола. В связи с этим нами был' проведен.: сравнительный анализ по Ссгс напряжениям, при которых образуются продольные трещины раскола *в призматических (1серия) и изгибаемых балках.

Напряжения, при которых образуются продольные трещины раскола в балках были на 18,4 % ниже, чем в центрально-обжатых балках-призмах, что объясняется с внецентреннвм приложением усилия преднапряжения.

Опытные значения момента образования трещин Ыс»с для образцов с серповидными профилями и с профилем по ГОСТ 5781-82 отличаются незначительно. Значения Мск. образцов с гладкой круглой арматурой с анкерами на 10,9 % меньше, чем с профилем по ГОСТ. Расчетные значения момента образования трещин Ь1с*с для образцов серповидного профиля в исследуемом диапазоне геометрических размеров .:/k, "Ь, <*» и У достаточно достоверно определяются по методу ядровых моментов. Зависимость между шириной раскрытия нормальных -рещин и ^р, при. от 0 до 0,073 описывается уравнением:

МАХ л

а„е- 0,141 - 0,795Jrs, (4)

В балках с круглой гладкой арматурой опытные значения пш- . рины раскрытия нармальных трещин превышают расчетные на 30,9$. Ширина раскрытия нормальных трещин образцов с серповидным периодическим профилем прй ."b&0,75d ,k»0,075d и ¿к^ & 0,06 достоверно оценивается по,$орыуле (144) СНиП 2.03.01-84*

Прогибы балки с профилем 4с^ ( « 1,7 мм соответствует по ТУ I4-2-949-9I) в среднем на 5,5 % меньше, чем прогибы балки с профилем-по ГОСТ (8го) - ía =1,45 мм. Установлено, что при одинаковой высоте пог.еречнгг. реСер серповидного профиля 5сп,

Таблица 2

Сопоставление опытных разрушающих моментов с

расчетными по наклонному сечению

Шифр образца Разрушающий момент М и,оЬ*

Опытный Ми,оЬ& кНм Расчетный Ыи.а кНм Примечание

Ми.с*

БНГсп-1 БН1сп-2 ЕН2сп-1 65,6 65,6 68,3 84,9 77,9 86,2 0,77 0,84 0,80 Разрушение по наклонному сечению от изгибающего момента

Ш2сп-2 68,3 86,6 0,79 ' —и

ЕНЗсп-1 90,1 87,7 1,03 1 •

ЕНЗсп-2 80,3 90,3 0,90

БН4сп-1 Ш4сп-2 БН5сп-1 БН5сп-1 ЕНбсп-1 91,7 94,3 78,7 78,7 76,9 94,6 89.1 84,3 89,0 91.2 0,97 1,06 0,93 0,89 0,84 Разрушение по наклонному сечению от поперечной силы Разрушение по наклонному сечению от изгибающего момента

БНбсп-2 75,3 89,6 0,84

Ш7гл-1 33,5 106 0,32

БН8го-1 Ш8го-2 90,0 91,7 90,1 93,8 1,00 0,98 Разрушение по наклонному сечению от поперечной силы

Таблица 3

Сопоставление опытных разрушающих поперечных сил с расчетными по наклонному сечений

Шифр образца Разрушающая поперечная сила О-и.оЬк

опытная кН расчетная кН

БМсп-1 166,7 173,1 0,96

ЕН4сп-2 171,4 174,2 0,99

БНЗго-1 163,7 174,5 0,94

БНУго-2 166,7 173,9 0,96

ЕН7гл-2 119,2 171,1 0,70

4сп ( рг* * »1,4 мм) и профиля по ГССТ (8го) опытные прогибы образцов серповидного профиля и профиля по ГОСТ почти одинаковы.

В табл. 2 и 3 приведены сопоставления опытных с расчетными по СНиП 2.03.01-81" по наклонному сечению при разрушении предваритель-

ф

но напряженных железобетонных балок от изгибающего момента с.нарушением анкеровки продольной арматуры и от поперечной силы с разруше-■ нием бетона над наклонной трещиной. Анализ таблицы показывает, что в балках с арматурой с 0,046 опытные прочности наклонных сече-

ний хорошо согласуются с расчетными данными.

Наилучшие результаты показали балки с размерами серповидного профиля = 0,75 ¿1 , ^ 0,07 и ^л?0,05. Прочность наклонных сечений образца /БН7гл-1/ с гладкой круглой арматурой меньше ва 2 - 2,5 раза, чем прочности образцов с арматурой серповидно-горазрушившихся по наклонно^ сечению от изгибающего момента. Сравнение образцов с арматурой серповидного профиля (Ш4сп-1;ЕН4сп-2)

, где геометрические размеры и параметры профилей соответствуют ТУ 14-2-949-91 с П-ср11 1,7 мм, и образцов с арматурой с профилем по ГОСТ 5781-82 с -- 1,45 мм (Ш8го-1; ЬЯ8го-2) показывает,что форма разрушения и прочность наклонных сечений этих образцов почт;; одинаковы.

С учетом всего комплекса проведенных исследований для производства ТУ 14-2-949-91 был рекомендован серповидный профиль со средними • (О,II - 0,12)4, "Ь - 0,65с{, и Ы. - 45° и ^-0,08 - 0,09. Для диаметра 16 мм при "Ь ■ Ю мм, \г ^ 1,2 мм. Принятая высота К на 20 % больше минимального значения по табл. 2 ГОСТ 5781-82, а шаг-на 25 %. Средние значения « (0,1.. .0,П)с& соответствуют профилю 4 сп.

Основные выводы

I. По результатам испытаний образцов выявлены три основных фактора, определяющих изменение механических свойств исследован-

-23-

ных видов периодического профиля арматуры:

- ликвидация концентраторов напряжения в пересечении продольных и поперечных ребер;

- более активное включение в работу ка растяжение поперечных ребер профиля при их шаге 12-24 мм и угле наклона 32,6-

о а

39.0, т. е. менее 45 ;

- поверхностное упрочнение стержней за счет прокатки арматуры периодического (серповидного).профиля.

2. Установлено, что переход на серповидный профиль приводит к повышению по сравнению с профилем по ГОСТ 57£ при одинаковой высоте поперечных выступов в„ на 4,5^ и на 6,1% при.-некотором увеличении од и . Наибольшие прочностные свойства и относительное удлинение отмечено у стержней с серповидным профилем, характеризуемым 1,1 - 1,4 мм (0,067-0,С88)с1>, "I/=» 12-24 мм (0',75-Ь5)С& и углом наклона поперечных выступов = 32Тб - 39°, 1.

3. Проведенные исследования позволили установить влияние высоть"

> иага Ь п угла наклона сА серповидного профиля на прочность

и ясформативность сцепления при выдергивании.

Опыты показали, что на прочность сцепления наибольшее влияние оказывает высота поперечных выступов ) и их площадь .

Для обеспечения аналогичной адекватности серповидного и кольцо-вого профилей при минимальных их размерах следует ввести для серповидного профиля ограничение по величине С (.см.рис.Г) но более 0,32с1 а минимальную высоту поперечных ребер на 20-25!» выше, чем для кольцевого профиля по ГОСТ. Средние значения серповидного периодического профиля ~¥ь ш ( 0,1...0,11)с1 соответствуют профилю 4сп.

4. Для получения наилучшей прочности и "еформативнпсти сцепления для серповидного периодического профиля увеличили шаг поперечных выступов по сравнению с кольцевым по ГОСТ 5781 на 2С#.

Критерием эффективности сцепления периодического профиля при •.'алых смешениях арматуры относительно бетона может служить ^ .

5. Установлены функциональные зависимости плины зоны передачи напряжения от шага "Ь , высоты й и угла наклона поперечных ребер серповидного профиля и определены их оптимальные размеры. Показано, что для этого профиля имеется четкая зависимость от выраженная уравнением (3) при ^ от 0 до 0,073. Длина зоны передачи напряжения стержней серповидного профиля при средних его размерах по ТУ 4сп и 0,073 на 4,35» меньше, чем у стержней кольцевого .профиля со средними размерами по ГОСТ и £^=0,125.

6. Одинаковые значения и существенно меньшая распорность достигаются при серповидном профиле^характеризуемым ^ почти полтора раза меньшей (0,063 - 0,116) , чем в кольцевом профиле по ГОСТ (-^= 0,091 - 0,183).

7. Выявлено, что применение напряженных стержней серповидного. г-:.;п обеспечивает при одинаковой без продольных трещин повышение предварительного напряжения в среднем на 17,02$.

Для расчета длины зоны передачи напряжений серповидного профиля

*

успешно может быть использована формула (11) СНиП 2.03.01-84.

Стержни серповидного периодического профиля при одинаковой с 'п. кольцевым профилем по ГОСТ 5781 высо;е поперечных ребер и шаге поперечных ребер 'Ь = (0,65 - 0,8)с^ имеют практически, одинаковую длину зоны передачи напряжений и в 1,3 - 1,8 раза меньшую респорность.

8. Напряжения, при которых образуются продольные трешины раскола в балках,были на 18,4$ ниже, чем в центрально обжатых балках призмах, что объясняется внецентренным приложением усилия предна-пряжения.

9. Ширина раскрытия нормальных трещин в балках с арматурой с серповидным профилем при, t & 0,756,, 1г^0,075с1 и' ^>0,06 достоверно оценивается по формуле (,144)СНиП 2.03.01-84*. Установ-

лено, что при одинаковой высоте поперечных ребер серповидного профиля 5сп, 4сп (-fv = 1'1 2 1,7 = 1.4 км), л профиля по ГОСТ (8го) -в 1,45 мм) опытные прогибы балок с арматурой серповидного профиля и профиля по ГОСТ практически одинаковы.

10. Прочность наклонных сечений изгибаемых элементов, армированных стержнями серповидного профиля на действие поперечной силы

и изгибающего момента при Ь ъ (0,625-0,75И 0,075et и .£^0,06

я

достаточно достоверно оценивается по методике СНиГГ 2.03.01-84.

Максимальное превышение опытных значений над расчетными при действии изгибающего момента составляет 6,025?, а при действии поперечной силы расхождение на превышает 3JS.

11. С учетом всего комплекса проведенных исследований для производства ТУ 14-2-949-91 был рекомендован серповидный профиль со средними k = (0,11 + 0,12) et , t = 0,65cl , C$0,3 cl, <¿=45°

и 0,08 - 0,09. При минимальном &^0,075с1 , 0,65d иJ*0,06.

12. Экономический эффект от производства (^при объеме выпуска сторжневой арматуры периодического профиля в нашей стране около

8 млн.т в год) и применения арматуры серповидного профиля при уо-

ловии замены ею арматуры с профилем по ГОСТ определяется исхода

tvc.

из годовой экономии стали не менее 420 да.т.

Основное содержание диссертации опус,..¿ковано в следующих работах:

1. Аякеровка напрягаемой арматуры /С.А.Мапатян, Т.Д.Тулеев, Б.Н'.Фридлянов, И.Н.Суриков / Бетон я железобетон.1990,JJ12. С.9-11.

2. Влияние геометрических размеров периодического профиля стпр.чнепой арматурн на о<э механические свойства /Малатян С.Л., Ту-

Т.Д.Г Суриков И.Н., Нзтапов A.C. // ",.зв.вузов. Строительство я грхлтоктура. - 1991. -S3. - С. 132-136.