УДК 691.32

Влияние сцепления стержневой арматуры с бетоном на прочность и деформативность железобетонных конструкций. Обзорная статья

Рыжикова Наталия Валериевна – магистрант Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Санкт-Петербург

Аннотация: В данной статье рассматриваются вопросы влияния параметров сцепления стержневой арматуры с бетоном на основные характеристики железобетонного элемента, такие как его прочностные и жесткостные характеристики.

Ключевые слова: железобетон, арматура, стержневая арматура, сцепление арматуры с бетоном.

Введение

Одним из ключевых факторов, обеспечивающих совместную работу арматуры и бетона в конструкции и позволяющих работать двухкомпонентному железобетону как единому телу, является сцепление арматуры с бетоном.

Сцепление арматуры с бетоном является важным параметром для железобетонных элементов, т.к. полная или частичная потеря сцепления может привести к перераспределению напряжений в узле, появлению дополнительных деформаций, трещин, а в отдельных случаях к разрушению.

Факторы, влияющие на сцепление арматуры с бетоном

Сцепление бетона и арматуры зависит от множества факторов, выделим основные из них [1-3]:

• Способность бетона сопротивляться смятию с срезу в зонах механического зацепления;
• Трение на поверхности контакта «бетон-арматура»;
• Адгезионное сцепление.

Следует отметить, что прочность сцепления возрастает при повышении класса бетона. Кроме того, существенное влияние на параметры сцепления оказывает напряженно-деформированное состояние конкретного элемента. Так, например, сжимающие напряжения, если они действуют перпендикулярно рассматриваемому арматурному стержню повышают сцепление.

Механизм потери сцепления неповрежденного бетона и арматуры

Для определения параметров сцепления арматуры и бетона проводится множество исследований и испытаний. Так, например, проводятся испытания на вырыв арматуры из прямоугольного или круглого образца.

Рисунок 1. Центрально-армированный прямоугольный образец.

Механизм разрушения [4] предполагает на первых стадиях образование расходящихся под углом 45-80 градусов трещин, образующих своеобразный конус (рисунок 2). Затем, при увеличении нагрузки, образуются сдвиговые трещины.

Рисунок 2. Образование конусообразных трещин.

Рисунок 3. Образование сдвиговых трещин.

Именно образование сдвиговых трещин обуславливает существенную потерю сцепления арматуры с бетоном и ведет к быстрому нарастанию необратимых деформаций.

Влияние потери сцепления на основные параметры железобетонного элемента

Наибольшее влияние потеря сцепления арматуры и бетона оказывает на изгибаемые элементы, особенно если такой потерявший сцепление стержень находится в растянутой зоне. Причиной потери сцепления в этом случае может быть коррозия арматуры и разрушение защитного слоя. В этом случае, потеря сцепления приводит к следующим последствиям:

• уменьшение жесткости элемента, и как следствие, увеличение деформативности;
• снижение несущей способности из-за перераспределения напряжений;
• снижению долговечности из-за разрушения поверхности элемента.

В рамках данной работы проведен численный эксперимент, моделирующий четырёхточечный изгиб на железобетонной балке.

Цель эксперимента показать принципиальные отличия в работе изгибаемого элемента при нарушении контакта между бетоном и арматурой. В растянутой зоне балка армирована 3-мя стержнями диаметром 12мм.

Рисунок 4. Общий вид расчетной модели без нарушения контакта между бетоном и арматурой.

Рисунок 5. Общий вид расчетной модели с нарушением контакта между бетоном и арматурой.

Рисунок 6. Результаты. Прогиб, мм.

Рисунок 7. Результаты. Напряжения в сжатой зоне, МПа.

В данном случае, отсутствие сцепления одного стержня с бетоном привело к изменениям в НДС элемента – в пределах 4-6%.

Выводы

В данной статье на основании данных, полученных из многочисленных исследований, а также данных проведенного численного эксперимента показано, какое принципиальное влияние может оказывать отсутствие сцепления арматуры с бетоном на изгибаемый железобетонный элемент.

При отсутствии сцепления арматуры с бетоном при прочих равных в изгибаемом элементе происходит увеличение напряжений в сжатой зоне бетона, а также увеличение прогибов. В рассмотренном примере эффект составляет 4-6%, однако он может увеличится в зависимости от конфигурации сечения.

Список литературы

1. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно- армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. Монография. М.: АСВ, 2004. 560 с.
2. Хейнтц А. Фибробетон. Перспективы применения // Бетон и железобетон. Оборудование. Материалы. Технологии. Ежегодный сборник. 2009. Вып. 2. С. 92–94.
3. Талантова К.В., Михеев Н.М. Сталефибробетон и конструкции на его основе. Монография. СПб: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2014. 280 с.
4. Моргун Л.В., Моргун В.Н., Смирнова П.В., Бацман М.О. Зависимость скорости формирования структуры пенобетонов от температуры сырьевых компонентов // Строительные материалы. 2008. № 6. С. 50–52.
5. Петрова Т.М., Сорвачева Ю.А. Внутренняя коррозия бетона как фактор снижения долговечности объектов транспортного строительства // Наука и транспорт. Транспортное строительство. 2012. № 4. С. 56–60.
6. Stark J. Alkali-Kieselsaure-Reaktion. F.A. Finqer institute fur Baustoffkunde. 2008. 139 p.
7. Управление процессами технологии, структурой и свойствами бетонов / Под ред. Е.М.Чернышева, Е.И. Шмитько. Воронеж: ВоронежГАСУ, 2002. С. 78 124.
8. Герега А.Н., Выровой В.Н. Управление свойствами композиционных материалов. Перколяционный подход // Вестник ОГАСА. 2005. Вып. 20. С. 56–61.