автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Совершенствование конструктивных решений армирования многопустотных плит перекрытий

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

. _(МИИ-П_

На правах рукописи

УДК 624.073:721 МОЗГОЛОВ Михаил Валентинович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ АРМИРОВАНИЯ МНОГОПУСТОТНЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена на кафедре "Строительные конструкции" Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ).

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Чирков В.П.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Хлевчук В.Р.

- кандидат технических наук, доцент Римшин В.И.

Ведущая организация:

- Дорстройтрест № I Московской железной дороги

Защита состоится" & " ¿ХА-Р^^ЬЯ_ 1998 г.

в час. на заседании диссертационного совета Д 114.05.08

в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: Москва, ул. Образцова, дом 15 в аудитории

№ аю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв по адресу: 101475, ГСП-4, Москва, ул. Образцова, 15, Ученый совет. Автореферат разослан" // " ¡¿¿ССр/ТНХ 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.И. КЛЮКИН

Актуальность работы. Строительство является одной из динамичных областей народного хозяйства и определяет в значительной мере развитие других отраслей и всего народного хозяйства в целом. Основным видом материалов на обозримый период является бетон и железобетон. Наряду с широко развивающемся монолитным строительством, большой удельный вес всё ещё составляют сборные конструкции. Многопустотные плиты перекрытий являются основным типом конструкций для устройства перекрытий и покрытий жилых и общественных зданий, а их выпуск составляет около 60 % всего сборного железобетона.

По данным типовых проектов крупнопанельных и каркасных зданий многопустотные плиты - весьма металлоёмкие и трудоёмкие конструкции. Расход стали в них составляет 23-48 %, а суммарная трудоёмкость 21-28 % от общих затрат, приходящихся на здание.

В последнее время, когда всё большее количество заводов строительной индустрии становятся частными предприятиями и акционерными обществами, между ними возникает конкуренция, остро встают проблемы снижения себестоимости продукции и в первую очередь это связано с экономией металла, цемента, энергоресурсов и т.п.

Изложенное позволяет считать, что усовершенствование многопустотных плит перекрытий, направленное на снижение расхода стали и трудовых затрат, повышение их качества в настоящее время является актуальным. Это и определило цель диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является разработка технических решений, обеспечивающих снижение расхода металла в железобетонных конструкциях и в частности в многопустотных плитах перекрытий, а также рекомендаций по повышению качества выпускаемой продукции.

Научная новизна результатов работы заключается:

- п определении механических свойств арматурной стали класса A-III марки 35ГС, упрочнённой скручиванием вокруг продольной оси;

- в изучении на модели нижней полки многопустотной плиты в масштабе 1:1 влияния расположения стержневой арматуры на работу окружающего бетона;

- в применении вероятностного метода расчёта многопустотных плит перекрытий на прочность с учётом совместного статистического разброса случайных параметров и фактических их величин.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований арматуры и бетона;

- предложенные конструктивные решения армирования многопустотных плит перекрытий.

Достоверность результатов выполненной работы обеспечивается экспериментальными исследованиями натурных образцов многопустотных плит перекрытий, данными расчётно-теоретического анализа с применением ЭВМ, применением современных измерительных приборов и испытательного оборудования.

Практическое значение работы заключается в том, что полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о достаточной надёжности применения проволочной арматуры класса Вр-1 d=5 мм вместо малораспространённой арматуры класса A-III d=6 мм в сварных сетках и каркасах многопустотных плит перекрытий.

Предложенные конструктивные решения армирования многопустотных плит перекрытий позволяют существенно (в среднем 12-16%) снизить расход арматурной стали на их изготовление.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили выявить недостатки в технологии армирования нижней полки многопустотных плит перекрытий.

Внедрение результатов исследований. Результаты проведенных в диссертационной работе экспериментально - теоретических исследований использованы при совершенствовании конструктивных решении армирования многопустотных плит перекрытий, выпускаемых на Щу-ровском заводе ЖБК и СД МПС.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно - технических конференциях, проходивших в Московском государственном университете путей сообщения в 1995-97 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 работы, кроме того одна статья находится в информационно-издательском центре "ТИМР".

Объём и структура диссертации-. Диссертация состоит из введения, 4 глав (с выводами), заключения (основные выводы), списка использованных источников из 105 наименований; содержит 107 страниц текста, 34 таблицы, 57 рисунков, приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении приводятся сведения об актуальности исследований, сформулированы цели, задачи, научная новизна и практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов.

В первой главе приводится систематизированный обзор-анализ арматуры, применяемой в железобетонных конструкциях, определены основные характеристики арматурной стали, приведены результаты анализа экспериментальных и теоретических исследований, выполне-ных отечественными и зарубежными авторами, освещающих вопросы сцепления арматуры с бетоном. Сформулированы основные цели и задачи исследований.

Над усовершенствованием многопустотных плит работали: P.JI. Айвазов, Г.И. Бердичевский, Э.М. Кодыш, В.Г. Крамарь, Т.А. Красов-ская, В.Л. Морозенский, Э.Е. Сигалоп, Ю.Ц. Ходош и др.

Универсальность и массовость производства данных конструкций стимулируют работу в этом направлении.

Одним из способов сокращения металлоёмкости конструкций является "обрыв" арматуры в пролёте по эпюре изгибающего момента. Для обеспечения работы арматуры п koi ¡струкции с полным расчетным сопротивлением, "обрываемая" арматура должна быть заведена за зону теоретического обрыва на определенную величину - Ьан. СНиП предусматривает такой расчёт для общего случая - предполагается "достаточное" количество бетона в месте расположения арматуры.

Вопросам сцепления арматуры с бетоном были посвящены работы: В.М. Бондаренко, К.В. Михайлова, Н.М. Мулина, A.C. Залесо-ва, Р.Ш. Шарипова, М.М. Холмянского, В.П. Чиркова, Л.И. Иосилев-ского, J1.B. Руфа, Э.Г. Ратца, В.Ш. Каландадзе, В.А. Бушкова, Я.В. Столярова, Абрамса, Г.Д. Бейса, П. Абелеса, Г. Рюша, С. Чампиона, Р. Хилла и др.

Особенностью многопустотных плит перекрытий является малая высота нижней полки hf=30 мм, в которой размещаются арматурные стержни. Нижние рабочие сетки коротких (L=2400-4200 мм) плит перекрытий изготавливают на одноточечных сварочных машинах. Технология изготовления не совершенна, разметка положения арматуры в сетке производится вручную, что часто приводит к отклонениям расстояний между продольными рабочими стержнями арматуры от проектной. В ряде проанализированных проектах многопустотных плит перекрытий часть рабочих стержней попадает под пуансон. Расстояние между осями рёбер плит составляет 185 мм. В чертежах нижних рабочих сеток расстояние между продольными стержнями принято кратно модулю 100. Таким образом должного внимания размещению рабочей арматуры в нижней полке плит не уделялось. Когда арматура доводится до опоры, анкерующей способности достаточно в связи с тем, что торцы плит дополнительно усилены бетоном, по сравнению с пролётным поперечным сечением, положительное влияние на анкерующую способность оказывает поперечное обжатие бетона от опорной реакции, при доведении всех стержней до опоры, напряжение в арматуре гораздо меньше расчётного. Если "обрываемая" арматура будет находиться под пуансоном в пролёте, в месте наиболее напряжённом и малого количества бетона, это может негативно повлиять на анкерующую способность и привести к неполному использованию прочностных характеристик арматурной стали. Данное обстоятельство требует- глубокого изучения.

Во второй главе изложены основные пути снижения расхода металла на изготовление железобетонных конструкций. Рассмотрены конструктивные мероприятия, альтернативные виды арматуры (неметаллическая), улучшение механических свойств арматурной стали, расчёт конструкций на вероятностной основе, с учётом совместного статистического разброса случайных параметров.

Теоретические исследования по использованию стеклонласти-ковой арматуры в многопустотных плитах перекрытий и анализ обзора работ С. Кайфаша, Л.Г. Алексеенко, Н.Ф. Соумса показали, что на данном этапе развития строительных конструкций, применение данной арматуры в качестве рабочей как с технической, так и экономической точки зрения не целесообразно. Возможно применять стеклопластико-вую арматуру в качестве конструктивной. Наиболее эффективно использовать отходы стекловолокна в виде дисперсной арматуры, размещая её в растянутых зонах конструкций, тем самым повышая их трещи-ностойкость, жёсткость, долговечность. Работы в этом направлении велись С.С. Давыдовым, Я.И. Швидко и др.

Важной величиной, характеризующей использование прочностных характеристик арматуры, является отношение предела текучести (физического или условного) к временному сопротивлению. Так для арматуры, аналогичной классу A-III по данным A.A. Кугушина, оно равно: в США 420/560=0,75, в Великобритании 470/540=0,87, в Финляндии 410/490=0,84, в России 390/590=0,66.

Значения коэффициентов надежности по нормам этих зарубежных стран в среднем около 1,15 против 1,07 по СНиП 2.03.01-84. Таким образом отношение расчётного сопротивления к временному сопротивлению составляет: в США 0,65, в Великобритании 0,76, в Финляндии 0,73, в России 0,62.

Как видно, среди сравниваемых стран, в России коэффициент использования прочности арматуры данного класса является самым низким. Поэтому одним из способов снижения расхода арматурной стали в железобетонных конструкциях является более полное использование прочности арматуры.

Явление наклёпа, хорошо известное в технике, можно с большим успехом использовать для достижения данной цели. С этой целью используются специальные операции упрочнения, в результате которых

повышается сопротивляемость материала разрушению или остаточной деформации. Особый интерес для строительной отрасли представляет применение и этих целях арматуры класса А-Из и А-IIb вместо A-III. Приобретая арматуру класса А-III, строительные организации сами могут увеличивать её расчётное сопротивление путем упрочнения холодной вытяжкой. Применение такого способа позволит повысить Rs на 23-34%, и зависимости от способа контроля упрочнения (A-III Rs=365 МПа, А-Щв Rs=490(450) МПа) и поднять коэффициент использования прочности арматуры до 490/590=0,83 (0,76).

Вытяжка с контролем заданного напряжения представляет определенные неудобства: для стали класса А-II или A-III колебания величины остаточного удлинения от 0 до 5,5% и от 0 до 3,5% не дают возможности учесть конечную длину стержня после упрочнения.

Наиболее простым и надёжным способом упрочнения мягких классов арматурной стали является кручение. Данному вопросу посвящена работа А.И. Авакоза. Упоминание о методе кручения, как способа упрочнения стали имеется в работе A.A. Кугушина. В работе Ганса Мёлль описана технология изготовления арматуры из полосовой стали методом кручения, хотя главным в данном способе является увеличение сцепления арматуры с бетоном, а не повышение предела текучести стали.

Оптимальным шагом скрутки (количество оборотов стержня на 360° вокруг продольной оси) является такой, при котором сталь достигает наилучших расчётных показателей и обеспечивает относительное удлинение при разрыве не менее 55= 1 2%. Для стали марки 35ГС таким шагом является S= 13d.

Скручивание осуществляется на станке, состоящем из станины, двигателя, понижающего редуктора и двух трёхкулачковых патронов. Управление процессом скручивания осуществляется автоматически,

при достижении требуемого шага скручивания (времени скручивания), реле времени отключает двигатель.

Были изготовлены и испытаны на растяжение стержни из арматуры класса A-III марки 35ГС d=12 мм с шагом скрутки S=150 мм. Испытания проводились не ранее чем через 15 суток, таким образом процесс старения можно считать практически законченным, а полученные результаты - конечными.

Для выяснения изменений, происшедших в арматуре, параллельно испытывались стержни, не подвергшиеся упрочнению. Результаты испытаний представлены на рисунке 1 и в таблице 1.

Для испытанных образцов арматуры класса A-III в исходном состоянии характерен повышенный предел текучести ач—530 МПа. В работах Н.М. Мулина отмечается, что это характерно для арматуры малого диаметра и проявляется после прокатки, т.е. обработки металлов давлением, при нанесении рифления.

Проанализировав полученные экспериментальные данные, можно сделать вывод о целесообразности использования кручения, как способа упрочнения мягких классов арматурной стали. Процесс скручивания проще, чем вытяжка с контролем напряжений, по внешнему виду упрочнённая арматура отличается от исходной, сцепление кручёной арматуры с бетоном выше, чем у некручёной, арматура, подвергнутая скручиванию в холодном состоянии до оптимального шага скрутки повышает условный предел текучести в большей степени, чем упрочнённая вытяжкой с контролем удлинения, а потеря пластических свойств меньше, прочность арматуры не снижается.

Превращение мягких классов арматурной стали в арматуру с условным пределом текучести позволяет использовать кручёную арматуру в качестве предварительно напряжённой. Наиболее эффективно напрягать её электротермическим способом. Нагрев до температуры 300-400°С в течении 4-5 минут с последующим охлаждением до 15-20°С

снимает внутренние напряжения, что приводит к улучшению свойств стали. В работах Б.Я. Рискинда, С.А. Мадатяна отмечается дополнительное повышение условного предела текучести упрочнённой вытяжкой арматуры на 10-15%, увеличение модуля упругости до (1,9-2,1)*105 МПа, некоторое увеличение временного сопротивления.

Таблица 1

В исходном состоянии (А-111 35ГС d= 12 мм)

ств, МПа стг, МПа 55,% 6р,% Е 105,МПа

716 530 25 10 2,0

После упрочнения скручиванием с шагом S=12,5d

716 (702—600 19 8 1,78

СТ МПа 700 600 500 400 300 200 100

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 е% Рис. 1 Среднестатистические графики зависимости а е

1 - исходная арматура класса А-III марки 35ГС d=12 мм;

2 - кручёная арматура класса А-111 марки 35ГС d= 12 мм, шаг скрутки S=12,5d.

Совершенствованию подверглось рабочее армирование многопустотной плиты перекрытия ПК 51-12-8. Проектное армирование данной конструкции приведено в таблице 2, армирование с применением кручёной арматуры в таблице 3.

С целыо достижения наибольшего экономического эффекта армирование предлагается смешанное (4 с!10 А-|||кр пн+2 (110 А-III кр). Ненапрягаемая арматура "обрывается" по эпюре изгибающего момента. Полное использование механических свойств ненапрягаемой арматуры обеспечивается относительно невысоким начальным предварительным напряжением напрягаемой арматуры и малой относительной высотой сжатой зоны бетона £=0,128.

(по проекту) Таблица 2

Арматура Класс с1, мм п, шт Ь, мм в, КГ

Продольная А-III 10 9 5070 28,15

рабочая

Поперечная Вр-1 4 19 1140 2,15

30,3

(с применением кручёной арматуры) Таблица 3

Арматура Класс ё, мм п, шт Ь, мм О, кг

Продольная А-ИЬср 10 4 5070 12,51

рабочая (напрягаемая)

А-ПЬср 10 2 3350 4,13

Поперечная Вр-1 4 10 1480 1,46

Вр-1 4 12 300 0,35

18,45

Экономический эффект от применения кручёной арматуры на 1 конструкцию в деле: 0=30,3-18,45=11,85 кг, что составляет

С= 11,85/(5,1 * 1,2)= 1,94 кг/м2.

Расчёт железобетонных элементов согласно действующим нормативным документам производится по методике предельных состояний, в основу которой положены статистические методы определения расчётных значений характеристик прочности материалов и нагрузки. В принципе метод предельных состояний правильно отражаег физический смысл явления, природу изменчивости параметров работы сооружения. Однако в расчётах не учитывается совместное сочетание нескольких случайных величин. Несущая способность определяется при минимальных значениях прочности материалов. Вероятность невыгодного попадания в конструкцию арматуры и бетона минимальной прочности чрезвычайно мала.

В настоящее время необходимое количество арматуры подбирают по расчетным сопротивлениям, установленным с учётом статистической обработхи данных, которые определяются независимо от количества стержней в сечении. В этом случае при разрыве одного арматурного элемента с прочностью Кятт предполагается, что прочность остальных стержней будет одинакова и равна также Ибгшп. При таком подходе не учитывается совместная работа остальных арматурных стержней с прочностью, превышающей Гч5т\п. В результате прочность этих стержней используется не полностью, что приводит к перерасходу арматурной стали. Если в конструкции имеется большое количество стержней, то использование расчётных сопротивлении Г^шп нелогично. Многопустотные плиты перекрытий относятся к конструкциям с многоэлементной арматурой, дисперсно распределённой в нижней полке плиты. О положительном свойстве пучка параллельных нитей (арматуры) указывалось в работах В.Д. Райзера, В.П. Чиркова. Очевидный эффект повышения расчетного сопротивления арматурной стали за счёт увеличения количества стержней при сохранении суммарной площади поперечного сечения может быть выявлен и учтён в расчётах.

Расчётное сопротивление арматурной стали (И^п)) при нормальном законе распределения прочности с обеспеченностью Рн=0,99865, в зависимости от количества стержней (п), математического ожидания (Лср) и коэффициента вариации прочности арматуры (v) можно определить из выражения

К8(п)/Яср= 1 - у1рХ/(п(п-1))1/2 (1)

где

1р,Х - табулированные величины.

Для упрощения формула может быть приведена к виду

Кз(п)=КлК$ (2)

где

Кп - коэффициент, учитывающий повышение расчётных сопротивлений арматуры в зависимости от числа стержней в сечении (рисунок 2).

4 8 12 16 20 24 28 п,шт

Рис.2. Графики зависимости Кп от числа стержней

1 - арматура класса А-1, А-11;

2 - арматура класса А-111, А-1V;

3 - проволочная арматура.

Учёт разброса случайных параметров, а также количества стержней позволил повысить несущую способность конструкций по изгибающему моменту на 2,8-5,1%.

В третьей главе описаны результаты экспериментальных исследований арматуры и бетона. Для выяснения надёжности сварных соединений сеток, изготавливаемых из арматуры класса Вр-1, были испытаны крестообразные соединения проволочной арматуры класса Вр-1 (1=5 мм на растяжение и срез.

На арматуру наклеивались датчики сопротивления с базой 10 мм в двух местах - в месте сварной точки и на основном металле стержня. Всего было испытано на растяжение 34 образца. Испытания показали, что деформации основного металла растут быстрее, чем деформации в месте сварного крестообразного соединения. Разрывов арматуры в месте сварной точки не наблюдалось. В данном случае металл получил структурные изменения, которые не привели к снижению его расчётного сопротивления.

Характеристики прочностных свойств арматуры, полученные из опыта и по СНиП представлены в таблице 4.

Таблица 4

1*5 МПа ЯБП МПа Яз/Язп УГ Ягср МПа Упарт Уп/Уг

СНиП 360 395 0,91 0,059 437 0,029 0,49

опыт 369 406 0,91 0,0604 450 0,027 0,45

Поперечные стержни, в составе железобетонного элемента, положительно влияют на анкерующую способность продольных рабочих стержней. Для выяснения прочности сварного соединения были проведены испытания на срез. Статистическая обработка полученных данных показала, что усилие среза подчиняется нормальному закону распределения с коэффициентом вариации у= 10,23%, математическим

ожиданием Ncp=4566 Н и усилием среза с обеспеченностью 95% N=3632 Н.

Исследователи изучали сцепление арматуры с бетоном на образцах, где арматуру окружает "достаточное" количество бетона. В нашем случае арматура расположена в нижней полке многопустотных плит. Особенности, отмеченные в главе 1, отрицательно сказываются на сцеплении арматуры с бетоном. Кроме того характер профиля проволочной арматуры "мягкий", механическое зацепление рёбер слабое, что также неблагоприятно сказывается на сцеплении.

Для изучения данных особенностей были изготовлены и испытаны, путем выдёргивания арматуры из бетона прочностью R=20,5-22,5 МПа следующие образцы: ККубы 100x100x100, арматура Вр-1 d=5 мм, Laii=20d; 2ЛСубы 100x100x100, арматура Вр-1 d=5 мм с приваренным точечной сваркой анкером из арматуры Вр-1 d=5 мм, Lan=20d; 3.Призмы 100x100x200, арматура Вр-1 d=5 мм, Lan=40d; 4.Модель нижней полки плиты в масштабе 1:1, арматура Ат-V d=10 мм, Lan=20d; 5.Призмы 100x100x200, арматура At-V d= 10 мм, Lan=20d.

В образцах кубов № 1 достигнутая максимальная нагрузка составляла Nmux=5225 Н (266 МПа). Среднее напряжение сцепления тсц=3,3 МПа. Напряжение о арматуре при смещении её свободного конца относительно бетона на 0,1 мм составило 150 МПа или 41% Rs.

В образцах кубов № 2 влияние анкера из проволочной арматуры класса Вр-1 d=5 мм на анкерующую способность арматуры Вр-1 d=5 мм оказалось велико. Разрушение происходило от разрыва выдёргиваемой арматуры.

Так как образцы № 1 и № 2 были практически идентичные (за исключением анкера у образцов № 2), можно предполагать, что усилие, воспринимаемое анкером, составляет

NaiiK=Nmax-Ncn (3)

где

N3™ - усилие, воспринимаемое анкером; ]ч[тах - максимальное усилие, достигнутое в арматуре; N«1 - усилие, воспринимаемое за счёт сцепления арматуры с бетоном. Маик= 10395-5225=5170 Н, что совпадает с кривой нормального закона распределения усилия среза по максимуму. Учёт влияния поперечной арматуры на анкеровку продольной по СНнП выполняется по формуле

Мш=0,7п\у(р\у(1ш2ЯЬ1 (4)

Коэффициент ср\у для арматуры с1<6 мм в пособии к СНиП 2.03.01-84 не определен, тогда в нашем случае с обеспеченностью 0,95 из опыта на срез проволочной арматуры класса Вр-1 ф\¥=3632/(0,7*1*52*0,75)=276. По продолжению графика зависимости (фикЬу) по СНиП можно определить, что для (1=5 мм фуу=240. Повышенное опытное значения фи? можно объяснить однородностью свариваемого металла. Естественно, что данный коэффициент для крестообразных стержней арматуры разного класса (А-||,Л-|||, Вр-1) и разной марки стали в силу различного химического состава металла может оказаться меньше.

У образцов призм № 3 разрушение происходило от разрыва выдёргиваемой арматуры. Таким образом была подтверждена достаточность длины зоны анкеровки для арматуры класса Вр-1 (1=5 мм Ьан=200 мм или Ьан=40с1. Это свидетельствует о пониженном сцеплении проволочной арматуры, по сравнению со стержневой профильной. Графики зависимости смещений незагруженного конца арматуры относительно бетона в образцах № 1 и № 2 представлены на рисунке 3.

Разрушение образцов № 4 происходило от их раскалывания вдоль арматуры при нагрузке в среднем 34500 Н (440 МПа). Образцы № 5 до разрушения доведены не были, максимально достигнутое напряжение в арматуре составило 587 МПа.

550

500

С 450

Ь 400 и

Й 350 Й

I, 300

са

в

« 250 ¡с

и 200

о: Р.

5 150

100 50

2 4 6 8 10 14 18 22 26 30 34 38 42 Ъ Ш'.мм

Рис.3. Смещение незагруженного конца арматуры

1 - арматура хласса Вр-1 (1=5 мм, Ьан=20с1=100 мм;

2 - арматура класса Вр-1 (1=5 мм, Ьан=20с1=100 мм с анкером из арматуры класса Вр-1 <3=5 мм, приваренным точечной сваркой.

На основе решения задачи Ламе для толстостенной трубы, с учётом особенностей, приведённых в работе Н.И. Карпенко определён минимально допустимый защитный слой бетона класса В15 для арматуры класса А-III d=l<) мм из условия обеспечения нераскалывания окружающего бетона арматурой.

Условие нераспространения радиальных микротрещин записывается в виде

P/Rbt< Ybt Ybtq(2-ß 1)( 1 -ß 12)/ß( 1+ß 12) (5)

Расчёт показал, минимально допустимая толщина защитного слоя бетона класса В 15 для арматуры класса А-III d=10 мм из условия нераскалывания окружающего бетона и работы арматуры с полным расчётным сопротивлением должна составлять а=10 мм (ld). Требования СНиП для плит перекрытий amin=15 мм. Данная величина защитного слоя должна обеспечиваться при помощи фиксаторов, устанавливаемых на стержни рабочей арматуры (ненапряжённые конструкции). В силу сложившейся экономической ситуации на ряде предприятий строительной индустрии фиксаторы отсутствуют и технология, определяющая величину защитного слоя бетона заключается в том, что до укладки сетки, на поддон делается подсыпка бетона, которая в конечном итоге и выполняет роль защитного слоя. При осмотре готовых конструкций защитный слой составлял 10-15 мм. Опыт эксплуатации многопустотных плит перекрытий, а также испытания, проводившиеся на заводе в течении ряда лет подтверждают, что раскалывание бетона при толщине защитного слоя а^Ю мм для арматуры класса A-III d=10 мм не происходит.

Значительный объём зданий, построенных в последнее время, показывает недостаточную долговечность, что объясняется влиянием неучтённых в расчёте факторов.

Одним из факторов, влияющих на долговечность железобетонных конструкций, является карбонизация поверхностного слоя кон-

струкций, при которой бетон теряет свои свойства защищать арматуру or коррозии. Работы, посвященные данному вопросу были выполнены С.Н. Алексеевым, В.Ф. Рябчичем, В.П. Чирковым и др.

Толщину защитного слоя бетона по признаку карбонизации можно определить по формуле

acp=K3cp*TH1/2*(l-Yii2+VK32)/l-((l-YH2*Va2)*(l-Yii2*VK32))1/2 (6)

Для многопустотных плит перекрытий, эксплуатируемых в среде со слабой степенью агрессивности, средний минимально необходимый защитный слой бетона при сроке службы не менее 60 лет из условия недопущения возможной коррозии арматуры равен аср=22 мм. При толщине защитного слоя бетона а=10 мм фронт нейтрализации достигнет поверхности арматуры через 12,3 года.

Так как толщина защитного слоя бетона для арматуры в многопустотных плитах перекрытий должна приниматься не менее 22 мм, рабочую арматуру следует размещать в местах примыкания ребра к нижней полке плиты. В местах "недостаточного" количества бетона (под пуансоном) устанавливать арматуру не следует, так как это негативно сказывается не только на сцеплении арматуры с бетоном, но и может привести к сокращению срока службы конструкции. Для обеспечения проектного положения рабочей арматуры, сетки следует изготавливать на многоточечных сварочных машинах с фиксированным растоянием между рабочими стержнями кратном 185 мм.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований многопустотных плит перекрытий: ПК 27-12-8, ПК 36-12-8,' ПК 42-12-8.

По проекту армирование нижней полки плит перекрытий ПК 24-12-8, ПК 27-12-8, ПК 30-12-8 предусматривается сетками, состоящими из продольной рабочей арматуры класса A-III d=6 мм и поперечной класса Вр-1. Арматура класса A-III d=6 мм не является широко используемой, поэтому у организаций, выпускающих железобетон-

ные изделия, возникают трудности с её приобретением. Установить рабочую арматуру класса A-III d>6 мм по требуемой площади поперечного сечения не представляется возможным из-за большого расстояния между стержнями арматуры. Поэтому было предложено использован, в качестве рабочей - арматуру класса Bp-1 d=5 мм, часть рабочих стержней имеет "обрывы" по эпюре изгибающего момента. Снижение расхода арматурной стали в плите перекрытия ПК 27-12-8 составило 16%.

Уменьшение расхода металла на изготовление плиты ПК 42-12-8 было достигнуто путем обрыва части рабочих стержней но эпюре изгибающего момента. Экономический эффект на одну конструкцию G=2,12 кг., что составляет G'=0,421 кг/м2 или 12,5%.

При испытании, плиты перекрытий ПК 27-12-8 и ПК 42-12-8 до разрушения не доводились. Максимально достигнутая нагрузка была равна расчётной. Анализ результатов испытаний дал хорошее совпадение опытных данных с расчётными.

Применение проволочной арматуры с пелыо снижения расхода металла было использовано и при конструировании нижней рабочей сетки плиты перекрытия ПК 36-12-8; Данная конструкция, в отличие от коротких плит перекрытий, работает с трещинами п растянутой зоне при нормативной нагрузке. Диаметр рабочей арматуры класса Вр-1 равен 5 мм, физическая площадка текучести отсутствует, поэтому при возможной коррозии арматуры под напряжением, перегрузке конструкции разрушение может произойти внезапно, без видимых на то причин. С целью исключения данного обстоятельства было применено комбинированное армирование (арматура с условным пределом текучести класса Вр-1 d=5 мм и арматура с физической площадкой текучести класса A-1II d=lO мм). Экономический эффект на одну конструкцию G=2,7 кг., что составляет G'=0,625 кг/м2 или 24 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны и реализованы предложения по совершенствованию конструкций многопустотных плит перекрытий путем изменения их армирования.

2. Испытания показали достаточную надежность использования арматуры класса Вр-1 <1=5 мм в качестве рабочей в сварных сетках и каркасах. При правильном подборе режима сварки разупрочнения металла в месте сварной точки не происходит.

3. Защитный слой бетона в конструкциях многопустотных плит перекрытий из условия обеспечения защиты арматуры от коррозии по признаку карбонизации должен приниматься не менее 22 мм (требования СНиП для данных конструкций: агшп=15 мм, а^с1).

4. В целях повышения надёжности работы арматуры в многопустотных плитах перекрытий её следует размещать в местах примыкания ребра к полке плиты из условия анкеровки в бетоне.

5. Снижение расхода металла в многопустотных плитах перекрытий достигается: путем "обрывов" продольных стержней по эпюре изгибающего момента (10-14% рабочей арматуры); применением арматурных сеток с укороченными поперечными стержнями, поочередно смещенными к противоположным сторонам (10% распределительной арматуры); увеличением расчётного сопротивления мягких классов арматуры методами холодного деформирования - вытяжкой или кручением (цо 23-34% рабочей арматуры); применением вероятностных методов расчёта с учётом совместного статистического разброса прочностных характеристик материалов и учёта количества стержней (3-7 % рабочей арматуры).

6. Кручение - простой, надежный способ холодного деформирования, позволяющий превратить арматуру с физической площадкой текучести в арматуру с условным пределом текучести и повысить её расчётное сопротивление.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Мозголов М.В. Снижение расхода материалов в многопустотных плитах перекрытий // Промышленное и гражданское строительство. 1997, №9. С.49.

2. Мозголов М.В. Совершенствование конструктивных решений армирования многопустотных плит перекрытий // Подземное пространство мира. 1997, №6. С.39-42.

3. Мозголов М.В., Малыхин И.В. О некоторых положительных свойствах наклёпа // (находится в редакции научно-технического альманаха "Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций" информационно-издательского центра "ТИМР" ).