Особенности сцепления с бетоном стержневой арматуры

Особенности сцепления с бетоном
стержневой арматуры различных профилей
«И
Экспертиза
где h - максимальная высота ребра; />, - ширина продольного
ребраСчитается, что геометрические параметры периодическо­
го профиля и объединяющий их индекс сцепления /; в пределах
0,05-0,1 обеспечивают приемлемое сочетание таких показателей
сцепления, как максимальная прочность, ограничение прогибов и
раскрытия трещин в конструкциях, а также минимальный распор,
вызывающий откалывание защитного слоя и продольное раскалы­
вание. Недостатком формулы Рэма является то, что она не оцени­
вает возможность хрупкого разрушения от среза при изменении
прочности бетона (рис. 2).
С развитием производства и распространением высокоэффек­
тивной арматуры класса А500С при сохранении значительного
объема арматуры класса А400 на стройплощадках и заводах ЖБИ
возникла проблема распознавания класса арматурных стержней. В
связи с этим представлялось целесообразным для арматуры класса
А500С разработать технологичный в прокатке периодический про­
филь, визуально легко отличимый и не уступающий по силе сцеп­
ления с бетоном (усилию вытягивания) профилю, выпускаемому
по ГОСТ 5781, с тем чтобы при проектировании не требовалось
увеличивать длину анкероеки и нахлестки стержней по сравнению
с установлениями СНиП 2.03.01-84*.
Разработанный в НИИЖБ четырехсторонний (четырехрядный)
профиль имеет серповидное (как у европрофиля) оребрение всей
поверхности сердечника в каждом ряду (рис. 3, 4)*
Коэффициент Рэма для четырехрядного профиля можно опре­
делить по формуле:
f-(kF/xdc)(I+-rhJhh
4h; tz<0
7.
1
,v<r,
, \W
1
с
1 ь\ J>_
ГN
_j
Рис. 2. Разрушение шпонок при сдвиге: а - от среза; б - от
смятия;
1 - арматура; 2 - поперечное ребро; 3 - бетон; 4 - поверхность
среза; 5 -зоны смятия бетона; 6 - поперечные трещины от
смятия; 7 - отслоение бетона от арматуры (нарушение адге­
зии); N - растягивающее >^илие в арматуре на длине с; Гф и
Т^ - разрушающие усилия шпонок от среза и смятия.
(4)
где Н: и Л. - высота и ширина серпов двух дополнительных
рядов ребер; у - коэффициент, равный
/
2
(5)
(б)
9> Ogp • (tgo
где р - коэффициент трения стали по бетону.
Приведенная далее методика оценки прочности сцепления бо­
лее универсальна, чем оценка сцепления только по значению ко­
эффициента Рэма, так как позволяет определить характер сцепле­
ния различных видов профилей при различных классах прочности
бетона.
Прочность сцепления арматуры при сдвиге определяется по
формуле:
При одинаковой высоте основных и дополнительных попереч­
ных ребер вычисленный осредненный индекс fv для диаметров от
10 до 40 мм составляет 0,1008, а при уменьшенной вдвое высоте
дополнительных ребер fk = 0,078. Высокое значение 1\ у четырех­
стороннего профиля обеспечивается не за счет увеличения высо­
ты ребер и уменьшения их шага, а вследствие отсутствия условий
T=T/(xdclt
(7)
для опасного развития усилий распора.
Геометрические параметры профилей приведены в табл. 1.
где Т- разрушающая сдвигающая нагрузка, равная:
По характеру разрушения сцепления с бетоном типы арматур­
ных профилей можно условно подразделить на жесткие и мягкие.
При жестком профиле стержень продергивается в бетоне при .V =
(8)
при срезе
' J
Тг резко при деформации сдвига о меньше граничного о вследс­
твие хрупкого среза бетонных выступов (рис. 4а), При мягком про­
(9)
при смятии г„-л„*
-V
филе стержень продергивается в бетоне при N /\ плавно при
деформации сдвига о больше граничного значения «/ в результате
где А и л и - площади среза и смятия шпонок на длине шага
постепенного смятия бетонных выступов
(рис, 4,6), образования поперечных тре­
Таблица 1
щин, отслоения бетона от арматуры и рас­
Д и а п а з о н ы нормируемых геометрических параметров профилей
калывания образца с образованием про­
и фактические значения индекса сцепления fR
дольных трещин от среза*
для стержней диаметром 1 0 - 4 0 м м .
Определим качественную характерис­
Фактические
тику профиля (жесткий или мягкий), про­
Нормируемые параметры
3IU4CIII Я Г.
анализировав теоретически характер возу i o.i
угол наклона
ножного разрушения (срез или смятие) бе­
Профиль
высота ребра. шаг ребра.
наклона
боковых
тонных выступов (шпонок) между попереч­
интервал среднее
h
с
ребер к ос in
граней
ными ребрами (дальнейшие выкладки для
ребер, а
р
упрощения выполнены без учета влияния
Кольцевой
у поперечных ребер арматурных профилей
0.109-0.159 0.134
(до-ал >а (0.34.83) d
(ГОСТ
5781)
углов наклона, смягчающих профиль),
Теоретически для исключения влияния
Серповидный
0.05-0.071
(0.065-0.1 )d
(0.4-])d
35°-60°
>45*
0.060
(ГОСТ Р 52544)
скольжения поперечных ребер по бетону
необходимо, чтобы было выполнено усло­
Чет ы рехсторон вие:
НИИ
(0.064-0.08) d (0.6-0.8) d
55°* 80°
0.075-0.082
0.078
55* - 65°
v«,
4 ШШЖБ)
6СТ* ЭКСПЕРТИЗА, № 8, 2008
Экспертиза
d vv
0 vv
#
•;.;
jT |
И
Ж
/
d
32'
-:
I'
I
2в
» •
22
1
1 /1
'•
28'
•
i
- j
к
t
i *
f
1 4
-!
*
X]
16-
4
14'
>
12'
10*
t• J'
?
I
p—•—i—•—
;\
4
ir
1 * t * t * 1 * 1 • t
<I
10 12 14 1С IB
• щщкт
' t
24
1 1 1
2022
26
2* 30
О
12
1&
Л
24
Г
«j
С
Э6
я
я
92
a
2»
29
а
Г?
22
30
18
И
г*
12
-:*
И
I '4KV
O 5 W 1 5
2 0 2 5 » » * O 4 5 » » 6 O 6 S
0
10
70
Я) 30
*0
90 « 0
- Д - • - О " * ^-О- кольцевой. серповидный и НИИЖБ при среэе
А , - # - , --#- тоже, ио при смятии
Рис.3. Графики зависимости прочности сцепления при сдвиге от диаметра и профиля арматурных стержней при различных классах
бетона: а - В15; 6 - В25; в - В40; г - &60.
ребер с. равные
у кольцевого профиля:
у четырехстороннего (НИИЖБ): Аа - 0.5 xd (h • А ^ Я ,
ш
я
А (с-Ь)
(12)
{ж4-2Ь}
Л -(с-Ь)-(1.5м1
(10)
л-ш*-г*
у серповидного профиля: А = 0.75 * (c-b) -xd
(11)
Am-**,
А-А
Ubi
— 1
с
/*==%;
цз=С(
1
J
Л
=
L
^Кь
j
Г
^
-
З^А
•с'
1
м
г^
Рис.4. Серповидный четырехсторонний профиль
НИИЖБ.
2bJ
где /г а и Д < ы - нормативные значения сопротивления бетона
шпонок при срезе и смятии;
q и ? н - коэффициенты прочности бетона шпонок при срезе
и смятии*
Если принять, что шпонка работает как короткая бетонная
консоль, то if м - car£f где 4 - arctg /A/ <cb)/t a q . согласно разным
источникам, варьирует от 1,5 до 2- Характеристика профиля опре­
деляется по меньшему из значений, полученных из выражений 8
и 9- Если Г меньше, то профиль жесткий, а если Тт меньше, то
профиль мягкий,
Поэтому из условия Г в < Г выведем формулу, гарантирующую
мягкость профиля,
^•V^/V^^'V'v
(И)
где </ - коэффициент, определяемый из испытаний, теорети­
чески или на основании численных исследований
4-4J4
Q
Т-
(14)
Чем меньше п по сравнению с m и чем меньше Т ^ по сравне­
нию с Т . тем мягче профиль,
На основании проводимых ранее испытаний шпоночных сопря­
жений и учитывая малое значение угла i , примем qmmUq9m
I.A
БСТ* ЭКСПЕРТИЗА, № 8, 2008
Экспертиза
тогда для бетонов классов В15, В25, В40, В60 значения граничной
величины т (13) соответственно равняются:
ровки и нахлестки, близких к установленным для кольцевого про­
филя и доказавших в течение 30 лет свою надежность*
При снижении высоты дополнительных поперечных ребер
значения г и 1т у профиля НИИЖБ сравняются со значениями у
кольцевого профиля, но сам профиль останется мягким. При даль­
нейшем снижении Л, показатели / и 1я приближаются к верхним
значениям серповидного профиля. Но при этом четырехсторонний
профиль останется более мягким и будет создавать меньшие попе­
речные распорные усилия, вызывающие раскалывание бетона.
Сравнение основных характеристик рассмотренных профилей
(табл. 2 и 3), показало значительное преимущество четырехсто­
роннего профиля.
Новый периодический профиль применен для арматуры клас­
са А500СП (ТУ 14-1-5526-2006), которую в значительных объемах
выпускает входящий в концерн «ЕвразХолдинг» Западно-Сибирс­
кий металлургический комбинат - крупнейшее предприятие Рос­
сии по производству арматуры,
Для арматуры класса А500СП в НИИЖБ разработан рекомен­
дательный документ, который предназначен для применения на
всей территории РФ и издан в форме Стандарта организации ФГУП
«НИЦ «Строительство* под названием «Применение арматуры
класса А500СП в железобетонных конструкциях» СТО 36554501005-2006. Положения документа разработаны с учетом положи­
тельных особенностей арматуры А500СП, выявленных в ходе че­
тырехлетних исследований и на основании опыта практического
применения крупными строительными компаниями.
В частности, в нем даны значения расчетных сопротивлений,
определяемые с использованием коэффициента надежности yt
-1.1, а не 1,15, который принят в Своде правил для класса А500
обобщенно для продукции всех заводов. Иными словами для арма­
туры класса А500СП могут быть приняты значения Нщ и Rя§ равные
450 МПа вместо 435 МПа, которые согласно Своду правил следует
применять для арматуры А500С.
m - f t / J ~ f t /26 - ft 109-Q.096 (15)
Осредненные значения п (13) для диаметров 10 - 40мм рав­
няются:
для кольцевого профиля
л - пй - 0 <229 > щ (16)
для серповидного профиля
В40;
И
*\
0.102 < т для BIS, B25 и
0.102 > т = 0,096 для В6040. (17)
Следовательно, все бетонные шпонки, образуемые кольцевым
профилем независимо от класса бетона должны разрушаться от
среза, и профиль является безусловно жестким, а бетонные шпон­
ки, образуемые серповидным профилем, должны разрушаться от
смятия при В15, 825 и В40, а при В60 - от среза- При увеличении
прочности бетона у кольцевого профиля наблюдается смягчение
сцепления, а у серповидного - ужесточение.
Из графиков (рис.3), построенных по формуле (5) при разру­
шении от среза (6) и от смятия (7) видно, что прочность сцепления
серповидного профиля даже при явно завышенном для него /л »
0,066 ниже, чем у кольцевого в среднем от 1,75 раза при В15 и до
1,18 раза при В60.
Для нового профиля, разработанного в НИИЖБ, в диаметрах
от 10 до 40мм и А. А осредненные значения п равняются:
п_ 0,079,(18)
что меньше w(15) и соответствует мягкому профилю, для кото­
рого характерно разрушение сцепления от смятия бетона. Из гра­
фиков следует, что наибольшая прочность сцепления арматуры
с бетоном у четырехстороннего профиля по смятию для высоких
классов В40 и В60, а у кольцевого профиля - по срезу для классов
В формуле для определения базовой длины анкеровки (^
В15 и В25. Новый профиль НИИЖБ превосходит серповидный по
принято
значение R^ = 2,8^Я^ вместо 2>Sij2Rbt no Своду правил,
прочности сцепления от 1,52 при В15 до 1,61 при В60. Это обус­
что
позволяет
сократить длину анкеровки и нахлестки арматурных
ловлено тем, что благодаря более равномерно распределенной
стержней на 11-12%. Новая исправленная и дополненная редак­
по периметру сечения площади смятия поперечных ребер дости­
ция СТО 36554501-005-2006' предусматривает расширение произ­
гается более равномерное распределение напряжений распора,
водимого сортамента (10 - 40 мм), допускает применение армату­
вызывающих раскалывание бетона при прочих равных условиях.
ры класса А500СП в конструкциях, подвергающихся динамическим
По этому показателю новый профиль превосходит обычный сер­
нагрузкам, снимает ограничения по применению этой арматуры
повидный профиль, что в сочетании с улучшенным сцеплением
при расчетных температурах ниже 4СК;.
позволяет уменьшить необходимую длину анкеровки стержней по
Проиллюстрируем на примерах, как могут быть реализованы
сравнению со стержнями серповидного профиля и приравнять ее к
при проектировании преимущества применения арматуры классов
стержням с кольцевым профилем. Это подтвердилось сравнитель­
А500С
и А500СП с новым профилем взамен АШ (А400).
ными испытаниями на вытягивание стержней 025 мм из бетонных
Если взамен класса арматуры А400 применяется класс А500С с
призм, разрушившихся от раскалывания бетона. Раскалывание
обычным
серповидным или кольцевым профилем, то при расчете
образцов со стержнями с двухсторонним серповидным профилем
происходило при меньшей осевой на­
грузке на стержень, чем образцов со
Таблица 2
стержнями, имеющими четырехсто­
Средние характеристики арматурных профилей диаметром 1 0 - 4 0 мм
ронний профиль* В настоящее время
( d ^ = 2,5 м) при среднем классе бетона В<р= 3 5
это явление экспериментально прове­
ряется по другим методикам. В част­
К- мм
Профиль
f,
V1
'%
мм
ности, первые данные в начатой серии
мм
мм
кг/смкг/смиспытаний по определению длины
21.71
Кольцевой
1.67
8.67
1.5
2,21
0.1772
0,229
44.96
100%
зоны передачи напряжений при отпус­
ке натяжения также свидетельствуют
0.0664
16.84
Серповидный
12.08
1.5
0.102
1834
78%
1.6
о меньшей распорности четырехсто­
35.94
Четырехсторонний
1.54
14.17
1.50
2.21
0,1008
0.079
25.58
118%
роннего профиля.
Из графиков (рисЗ) и таблицы 2
Таблица 3
следует, что четырехсторонний пери­
Сравнение различных профилей стержневой арматуры
одический профиль НИИЖБ при А; » А имеет
по осредненным показателям наиболее мяг­
Мягкость Прочность
кий профиль п, оптимально-высокое значение
Итоговая
Технологичность
fgm0.lf максимальную величину сцепления; и
Профиль
профиля, сцепления,
производства
оценка
соответственно минимальную длину анкеров­
п
I
ки арматуры I _ . Это дало основание сделать
Кольцевой
+
вывод о возможности применения к арматуре
•
+
Серповидный
о
о
нового профиля требований к длинам анке­
н
V
•
Четырехсторонний
+
4>
БСГ ЭКСПЕРТИЗА, N9 8, 2008
о
++
Экспертиза
и конструировании следует пользоваться положениями СП 52-1012003 или ТСН 102-00*, согласно которым расчетное сокращение
площади арматуры может составить (435/355-1)100=22%. Однако
фактическая реализация расчетной экономии металла в этом слу­
чае затруднена, поскольку такое соотношение расчетных сопро­
тивлений не допускает прямой замены стержней большего диа­
метра на стержни меньшего диаметра. Единственное исключение
- возможность замены 022 на 20 мм.
Если же с учетом недозагрузки заменяемого стержня по расче­
ту все-таки окажется возможным перейти на меньший диаметр, то
придется длину анкероеки заменяющего стержня увеличить в про­
порции 0 ^ 0 ^ ^ т.е. в среднем на 11-12%, что не всегда удобно
в конструктивном отношении. При этом проектировщик учитывает
риск пересортицы металла на пути от металлургического завода до
строительного участка и конструкций возводимого объекта»
В случае же применения взамен класса А400 арматуры с новым
профилем класса А500СП определенное с использованием положе­
ний СТО 36554501-005 расчетное сокращение площади поперечно­
го сечения арматуры составит (450/355-1)100=26,5%. Это позво­
ляет при диаметрах заменяемых стержней 18 мм и более перехо­
дить на один номер сортамента ниже, даже если стержень класса
А400 по расчету воспринимал напряжение, равное л =355 МПа,
т.е. был установлен без запаса. Возможна автоматическая замена
диаметров 18 на 16,20 на 18, 22 на 20, 28 на 25, 36 на 32, 40 на 36.
Кроме того, нет необходимости увеличивать длину анкероеки за­
меняющего стержня, так как требуемая базовая длима анкероеки
/ м стержней класса А500СП с новым профилем, определяемая со­
гласно СТО 36554501-005, меньше на 11-12%. А в случае перехода
с диаметра 36 на 32 мм значение / м может быть даже уменьшено
на 10%, поскольку для стержней 36 и 40 мм длина анкероеки как
по СП, так и по СТО принимается увеличенной на 10%. Пересорти­
ца классов арматуры на стройке в этом случае практически невоз­
можна, так как профиль арматуры класса А500СП однозначно этот
класс идентифицирует.
Одним из преимуществ нового четырехстороннего профи­
ля арматуры А500СП является также то, что если при проведе­
нии технадзора, приемке или обследовании конструкций объекта
потребуется определить, что применена арматура именно класса
прочности 500 МПа, нет необходимости вырезать из конструкций
образцы арматуры для испытаний. Достаточно лишь оголить не­
большой участок арматуры и зафиксировать тип профиля.
Выводы
1. Разработан метод оценки качества и прочности сцепления
арматуры различного профиля с бетоном с учетом его прочности.
2. Созданный в НИИЖБ четырехсторонний серповидный про­
филь имеет следующие преимущества:
по прочности сцепления с тяжелым бетоном классов В15-860
не уступает арматуре с кольцевым профилем и превосходит арма­
туру с двухсторонним серповидным профилем;
имеет оптимальную величину коэффициента Рема, легко до­
стигаемую при промышленном изготовлении;
является наиболее мягким профилем, исключающим хрупкий
срез даже в высокопрочном бетоне.
3. Новый профиль применен для арматурной стали класса
А500СП, массово выпускаемой Западно-Сибирским металлурги­
ческим комбинатом и поставляемой практически во все регионы
России.
4. Применение арматуры класса А500СП взамен класса А400,
как правило, не требует сложных конструктивных изменений
и позволяет при диаметре заменяемой арматуры 18 мм и выше
переходить на один номер сортамента ниже, не увеличивая при
этом длины анкероеки и нахлестки. Условия применения арматуры
класса А500СП регламентированы стандартом организации «НИЦ
«Строительство» СТО 36554501-005-2006*.
г« Сургут
Ярмарка недвижимости
Инвестиции. Ипотека
Сургутский краеведческий музей
ул.зОлетПвОеды.21/2
шнародная ярмарка недвижимкти
[• О б ъ е м ы жилой недвижимости
* За1«родная недвижимость
* Зарубежная недвижимость
* Инвестиционные проекты для юридических л и ц
и ч а с т ы х инвесторов
* Ипотека. Консультации. Советы.
" Оценка и страхование имущества
* Юршжеские и риэлторские консультации
* Дизжш и отделка
>танизаторы проекта:
ОООРВС "Лидер*
т./ф.: (383) 363-07-7З
Официальный!
интернет-па
U&rsTTA-RU
НЕДВИЖИМОСТЬ
/НДИКАТОРЫ
М*Ь*Т(Ръ"В<
6СТ- ЭКСПЕРТИЗА, № 8, 2008
£fl*JIU"PP
ф м ь f RINFO п