RESEARCH OF THE WORK OF REINFORCED CONCRETE BENDED ELEMENTS WITH THE USE OF POST-TENSIONED ROPES

Full Text

Использование предварительного напряжения армирования в железобетонных конструкциях позволяет снизить расход стали за счет применения высокопрочной арматуры и повысить жесткость конструкции, исключить или уменьшить ширину раскрытия трещин, увеличить пролеты, повысить несущую способность наклонного сечения изгибаемых элементов [1 - 4]. Основными способами натяжения предварительно напрягаемой арматуры является натяжение на упоры и на бетон. Метод предварительного натяжения на упоры в основном используется в заводских условиях с последующим применением прогрева или пропарки бетона. Метод натяжения предварительно напрягаемой арматуры с натяжением на бетон используется непосредственно на строительной площадке после набора расчетной прочности. Метод натяжения предварительно напрягаемой арматуры на бетон разделяется на два вида: 1) с применением напрягаемого каната без оболочки, который протягивается через каналообразователь и после натяжения канал инъецируется, обеспечивая сцепление по длине с бетоном; 2) с применением напрягаемого каната с полиэтиленовой оболочкой, заполненной смазкой, который устанавливается до бетонирования; натяжение осуществляется на бетон с крепежом по торцам анкерами, при этом сцепление каната с бетоном по длине не обеспечивается [4 - 10]. Применение канатной арматуры с полиэтиленовой оболочкой получил широкое распространение за границей (prEN 1992-1- 1-2009 Eurocode 2, ACI 318+08: Building Code А. А. Пищулёв, Д. А. Панфилов, Ю. В. Жильцов, Я. А. Бузовская 25 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 Requirements for Structural Concrete. American Concrete Institute, 2008). В Европе и США с применением каната в оболочке возведено большое количество зданий и сооружений. В Российской Федерации использование каната с оболочкой имеет малое распространение. Применение канатной арматуры с оболочкой имеет преимущество над обычным, заключающееся в простоте установки каната без каналообразователя сложной формы с последующим его натяжением. Рекомендации по расчету предварительно напрягаемых конструкций содержатся в СП 63.13330.2012, СП 52- 102-2004, но они недостаточны для применения к расчету канатной арматуры без обеспечения сцепления с бетоном. Применение арматурных канатов в оболочке с постнапряжением в железобетонных конструкциях сложно в конструктивном решении, так как необходимо учитывать большое количество факторов на этапе проектирования, требующих проведения исследований. Целью исследования является изучение работы стальных напрягаемых канатов с полиэтиленовой оболочкой в железобетонных балках без обеспечения сцепления с бетоном. Задачи исследования - определение разрушающей нагрузки экспериментальных образцов, определение момента образования и ширины раскрытия трещин, прогибов балок, изучение напряженно деформированного состояния изгибаемых образцов, анализ и сопоставление полученных результатов испытаний. Образцы представляли собой железобетонные балки, изготовленные из монолитного бетона. Габаритные размеры образцов: длина 3,9 м, высота 400 мм, ширина 200 мм. Бетон опытных образцов на момент проведения испытаний соответствовал классу В25. Армирование образцов осуществлялось арматурой класса А500С. В качестве напрягаемой арматуры использовался стальной канат К7 диаметром 15 мм, установленный до бетонирования по параболической кривой. Армирование образца производилось в соответствии с рис. 1: продольное армирование по верхней грани 2 Ø12 А-500С, защитный слой 40 мм; продольное армирование по нижней грани 2 Ø12 А-500С, защитный слой 50 мм; продольное армирование по нижней грани 1 Ø16 А-500С, защитный слой 50 мм в балке без каната, в балке с канатной арматурой 1 Ø15 К-7; поперечное армирование Ø 8 А240 с шагом 100 мм. Анкеровка ненапрягаемой арматуры на опоре обеспечивалась приваркой к закладной детали из листа 150×200×10 мм. На опорных участках устанавливался стальной лист 80×200×10 мм. Рис. 1. Армирование опытного образца Рис. 2. Расчетная схема опытного образца Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 26 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ При достижении прочности бетона проектного класса производилось натяжение каната на бетон с анкеровкой на торцах образца анкерными устройствами. Расчетная схема опытного образца представлена на рис. 2. Загружение предусматривалось двумя сосредоточенными силами с пролетом среза образца 1200 мм. Испытание производилось на силовом полу, нагрузка прикладывалась двумя домкратами ДГ-25, подключенными к гидравлической станции. Нагрузка фиксировалась образцовым манометром. Для исследования напряженно-деформированного состояния на бетонную поверхность по высоте сечения в пролете были наклеены тензометрические датчики, показания с которых фиксировались тензометрической станцией ТК-52. Прогиб образца фиксировался по показаниям прогибомера Аистова 6-ПАО, установленного в середине пролета. Натяжение стального каната на бетон осуществлялось гидравлическим домкратом. Предварительное усилие натяжения составляло 0,8 кН от нормативного сопротивления, что соответствует усилию, равному 96 кН. После натяжения каната на бетон образец получил обратный выгиб, равный 0,6 мм. Опытный образец при создании натяжения каната представлен на рис. 3. Результаты экспериментальных исследований образца с напрягаемой арматурой. Нагружение образца осуществлялось ступенями по 16,4 кН. На каждой ступени фиксировались показания прогибомера, образование трещин и их ширина раскрытия, измерялись деформации по тензорезистарам. Первые нормальные трещины в образце были зафиксированы на 4-й ступени нагружения, нагрузка составляла P =67 кН, ширина раскрытия при этом была равна 0,05 мм, прогиб образца - 3,19 мм. На 5-й ступени при нагрузке P=84 кН ширина раскрытия нормальной трещины составила 0,1 мм, прогиб - 6,24 мм. На 7-й ступени при нагрузке P=116 кН ширина раскрытия нормальных трещин составила 0,25 мм, прогиб - 13,59 мм. Разрушение образца произошло на 9-й ступени при нагрузке P=148 кН, ширина раскрытия трещин при этом превысила 2 мм. Образец разрушился в середине пролета по нормальному сечению с раздроблением сжатой зоны бетона. Характер разрушения образца соответствовал пластическому вследствие значительного поворота железобетонных блоков. Образец разрушился при выдержке под нагрузкой, при этом прогиб образца составил 45,79 мм. Разрушение образца представлено на рис. 4. По полученным результатам испытания образца для изучения напряженно-деформированного состояния бетона в нормальном сечении построены графики распределения деформаций в бетоне по высоте сечения (рис. 5, 6) и график прогибов в середине пролета от нагрузки (рис. 7). Результаты экспериментальных исследований образца без напрягаемой арматуры. При нагрузке 24 кН прогиб образца составил 1,74 мм. Образование нормальной трещины произошло при нагрузке Р=33 кН. Нормальные трещины достигли ширины раскрытия трещин 0,3 мм при нагрузке 67 кН, прогиб при этом составил 6,69 мм. Наклонные трещины образовались в образце при нагрузке 108 кН, прогиб при этом составил 13,38 мм. При нагрузке 140 кН ширина раскрытия нормальной трещины составила 1,5 мм, прогиб - 37,39 мм. Разрушение произошло при нагрузке 148 кН, на момент разрушения прогиб составил 70 мм. Образец с применением напряженного каната К-7 Ø15 мм по площади сечения сопоставим с арматурным стержнем армирования Ø16 А-500С. В процессе испытания образцов установлено, что при практически одинаковом армировании несущая способность конструкций сопоставима, но образцы обладают различной Рис. 3. Натяжение каната на бетон опытного образца Рис. 4. Разрушение опытного образца по нормальному сечению А. А. Пищулёв, Д. А. Панфилов, Ю. В. Жильцов, Я. А. Бузовская 27 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 Рис. 5. Деформации в бетоне по высоте сечения при нагрузке 67 кН Рис. 6. Деформации в бетоне по высоте сечения при нагрузке 116 кН Рис. 7. График зависимости прогиба образца от нагрузки с напрягаемым канатом ε10-6, ЕОД ε10-6, ЕОД f, мм P, kH Высота сечения Высота сечения Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 28 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ трещиностойкостью. Различаются прогибы образцов до образования нормальных трещин и до достижения текучести продольного армирования. По результатам анализа относительных деформаций установлено, что до образования нормальных трещин наблюдается существенно меньше деформаций бетона в постнапряженном образце. После образования нормальных трещин деформации бетона примерно одинаковы. В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: Напряженный элемент с канатной арматурой, расположенной по параболе, изгибается более равномерно и нормальные трещины образуются не только в зоне чистого изгиба вследствие отсутствия сцепления. Образец без напряжения показывает классическую картину трещинообразования с образованием нормальных трещин в зоне поперечного изгиба. Применение напрягаемого армирования в форме параболы повышает несущую способность наклонного сечения, позволяет добиться более равномерного изгиба образца с распределением нормальных трещин по длине пролета. В образце с предварительно напряженным канатом нормальные трещины распределяются по длине элемента более равномерно, что приводит к снижению концентрации сжимающих деформаций в бетоне над наклонной трещиной.

About the authors

Alexander A. PISHCHULEV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Denis A. PANFILOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Yury V. ZHILTSOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Yana A. BUZOVSKAYA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files