Определение длины зоны передачи напряжений арматуры в конструкциях из песчаного бетона

27.06.2016

Исследования ставили своей целью определение длины зоны передачи напряжений предварительно напряженной арматурой (lp) в песчаных бетонах разных марок, изготавливаемых по разным технологиям, и сравнение результатов с аналогичными характеристиками тяжелых бетонов.
Испытывались образцы (фрагменты конструкции) из бетонов марок 200 -500. Для получения сопоставимых результатов все виды бетонов готовились на одном цементе и подвергались термообработке по одинаковому режиму, а сопоставляемые образцы формовались из бетонных смесей с близкой удобоукладываемостью. Ниже приведены данные экспериментального определения длины зоны передачи напряжений стержневой арматурой четвертого класса.
Величина lp определялась для:
— песчаных бетонов, изготовленных из умеренно подвижных смесей, уплотняемых на стандартной виброплощадке (группа В);
— песчаных бетонов, изготовленных из жестких смесей, уплотняемых на специальной двухчастотной виброплощадке с пригрузом (группа Б);
— тяжелых бетонов тех же марок, что и песчаные, изготовленных из смесей с близкой удобоукладываемостью.
Для приближения эксперимента по определению величины lp к реальным условиям работы конструкций, исследования проводились на балках длиной 2 м (фрагмент железобетонной предварительно напряженной плиты перекрытия с круглыми пустотами). Опалубка и армирование приведены на рис. 3.1. Сечение и длина балки определили диаметр преднапряженной арматуры, выбранный из условия отсутствия трещин в момент отпуска усилия натяжения. Концы балок армированы А-образными хомутами из стали Ø5В1 для возможности последующего их испытания на изгиб.
Длина зоны передачи напряжений определялась методом замера деформаций балки при передаче усилия обжатия на бетон.
Выбор метода обусловлен его сравнительной простотой и тем, что ставилась задача сравнения величин lp, а не определения закономерностей сцепления на участке заанкеривания арматуры.
Искажение картины заанкеривания за счет депланации сечений касаются только формы кривой передачи усилий. Длина же зоны передачи напряжений может быть определена с достаточной точностью, т. к. в конце этой зоны депланация бетонного сечения практически отсутствует.
Бетонирование балок осуществлялось в стенде, представляющим собой двуручьевую металлическую раму, позволяющую одновременно бетонировать 2 балки: одну — из песчаного, другую — из тяжелого бетона. Составы бетонов приведены в табл. 3.1. Натяжение арматуры до величины 0,9Rан производилось с помощью винтовых устройств стенда.
Определение длины зоны передачи напряжений арматуры в конструкциях из песчаного бетона
Определение длины зоны передачи напряжений арматуры в конструкциях из песчаного бетона

Арматура закреплялась в инвентарных захватах конструкции НИИЖБ, усилие контролировалось с помощью кольцевых динамометров, обеспечивающих точность ±1 %. На рис. 3.2 приведена схема расстановки приборов.
Тензодатчики с базой 50 мм наклеивались с обоих концов балки по двум сторонам непрерывной цепочкой по 10—13 шт. Таким образом, для регистрации напряжений в бетоне на каждую балку наклеивалось от 40 до 52 тензодатчиков.
С целью предотвращения влияния сил сцепления бетона балки с поддоном на результат эксперимента перед бетонированием на поддон укладывалась полиэтиленовая пленка.
Отпуск натяжения арматуры проводился ступенями но 10% от полного усилия, что позволило провести сравнение длин: зоны передачи напряжений при одинаковых усилиях в арматуре. Общий вид стенда и балок во время испытаний приведены на рис. 3.3.
Обработка данных сводилась к построению кривых деформаций бетона по длине балки для фиксированных уровней напряжения в арматуре.
Длина зоны передачи напряжений принималась равной расстоянию от конца балки до точки, соответствующей уровню в 95% от установившихся максимальных деформаций. Образец указанных графиков представлен на рис. 3.4. Точки, отмеченные четырьмя различными значками, соответствуют показаниям четырех различных цепочек тензодатчиков.
Определение длины зоны передачи напряжений арматуры в конструкциях из песчаного бетона

Итоги эксперимента обобщены на рис. 3.5, где длины зон передачи напряжений приведены в зависимости от прочности бетона. Величины фиксировались для трех уровней напряжений в арматуре соответствующих величинам усилий, переданным на бетон.
Анализ графика показывает, что длина передачи напряжений арматурой класса AIV в песчаных бетонах на 3-7% короче, чем в тяжелом бетоне. Однако, учитывая точность, обеспечиваемую принятой методикой эксперимента, можно утверждать, что длина зоны передачи напряжений арматурой практически не зависит от наличия крупного заполнителя.