книги из ГПНТБ / Кудрявцев, А. А. Предварительно-напряженный керамзитобетон

Следует отметить, что применение двухпрядевых и многопрядевых канатов, тросов в качестве напряженной арматуры для керамзитобетонных конструкций может быть допущено после экспериментальной проверки.

Выше было сказано, что для некоторых типов пред­ варительно-напряженных конструкций (стеновые панели, плиты покрытий зданий и т. п.) применяю7 керамзитобетон марок 100 и 150 (27]. В таких конструкциях лучше всего использовать стержневую горячекатаную арматуру периодического профиля классов А-Ш, A-IV и A-V, диаметром 8—12 мм.

В некоторых случаях, чтобы, улучшить сцепление ар­ матуры с бетоном на приопорных участках, для таких конструкций применяют напрягаемые стержни с конце­ выми анкерами.

2. Анкеровка стержневой арматуры

Стержневая горячекатаная арматура периодического профиля классов А-Ш, А-Шв и A-IV, используемая для армирования конструктивного керамзитобетона, после отпуска напряжения самозаанкеривается на кон­ цах элементов на сравнительно небольшой длине — 8— 15 d (d — диаметр арматурного стержня). Поэтому такая малая длина зоны анкеровки не сказывается отрица­ тельно на работе концевых участков элементов.

Практически важное значение имеет вопрос анкеров­ ки в конструктивном керамзитобетоне стержневой арма­ туры более высоких классов — A-V, Ат-V и Ат-VI, имеющей повышенные прочностные характеристики и, следо­ вательно, более высокие начальные напряжения при передаче напряжений на бетон. При проектировании конструкций из конструктивно-теплоизоляционного ке­ рамзитобетона необходимы также данные по длине зоны анкеровки стержневой арматуры классов А-Ш. A-IV

и A-V.

Опытные значения длин зоны анкеровки стержневой арматуры класса A-V в конструктивном керамзитобето­ не (на кварцевом песке) определяли на образцах-балках сечением 16x20 и 16x30 см, длиной 200 и 270 см. Стержням диаметром 12, 18 и 25 мм создавали предва­ рительное напряжение, равное 4000—7500 кгс/см2. Уста­ новлено, что для стержневой арматуры периодического

10

IqH)CM

Рис. 2. Влияние прочности керамзитобетона на длину зоны анкеровки стержневой арматуры

6 — нормируемые кривые

профиля эпюра напряжений на длине зоны анкеровки близка к линейной.

При испытании образцов отмечено, что точка с нуле­ вой деформацией бетона находится не на самом торце балки, а на некотором расстоянии от него, которое колеблется в зависимости от напряжения в стержнях и прочности керамзитобетона от 2 до 4 см. Это явление объясняется образованием кольцевой трещины вокруг арматуры на конце элемента. При мгновенном отпуске напряжения это расстояние несколько увеличивается.

Результаты определения длины зоны анкеровки стержневой арматуры класса A-V, диаметром 12, 18 и 25 см в керамзитобетоне при плавном отпуске приведены на рис. 2. Линии нормируемых значений длин зоны анке­ ровки нанесены по рекомендациям [42].

Представленные результаты показывают, что диаметр стержней арматуры в пределах 8—18 мм на длине зоны анкеровки сказывается несущественно. Длина зоны ан­ керовки в основном зависит от прочности бетона к моменту отпуска напряжения в арматуре. Отмечено, что

11

с увеличением прочности керамзитобетона выше 300 кгс/см2 длина зоны анкеровки почти не уменьшается. При прочности керамзитобетона в момент отпуска на­ пряжения в арматуре 150—250 кгс/см2 длина зоны анке­ ровки независимо от диаметра арматуры находится в пределах 15—20 см.

При условно-мгновенной передаче предварительного напряжения на керамзитобетон (газовая резка) в за­ щитном слое на участке длиной б—12 см от торца эле­ мента образуются продольные трещины. Сцепление арматуры с бетоном на этих участках близко к нулю. Поэтому в производственных условиях, чтобы не возни­ кали концевые продольные трещины,. газовую резку стержней следует производить после предварительного нагрева их на участке 10—15 см. Если в качестве напря­ гаемой арматуры применяют стержни диаметром 18 мм и более, то на концах участков элементов надо предус­ матривать конструктивно поставленную поперечную арматуру в виде замкнутых хомутов или огибающих сварных сеток.

При изучении длины зоны анкеровки стержневой горячекатаной арматуры классов А-Ш и A-V в керамзитобетоне марок 75—100 опыты проводились в произ­ водственных условиях на образцах-балках сечением 12X30 см длиной 200 см и на стеновых панелях длиной 12 м. Опытные образцы изготовляли из керамзитобетона на керамзитовом песке, часть образцов была выполнена из керамзитобетона на вспученном перлитовом песке.

Данные о длине зоны анкеровки стержневой армату­ ры диаметром 12 и 18 мм в керамзитобетоне прочностью До=57—150 кгс/см2 приведены на рис. 2 (слева). Из него видно, что длина зоны анкеровки стержневой арма-. туры периодического профиля в керамзитобетоне марок 75—100 не чрезмерна. Даже при прочности керамзитобе­ тона к моменту передачи напряжения на бетон порядка

Полученные сведения о длине зоны анкеровки напря­ женной стержневой арматуры периодического профиля позволяют сделать вывод о возможности применения конструктивно-теплоизоляционного керамзитобетона для предварительно-напряженных элементов типа однослой­ ных плит покрытий зданий, а также стеновых панелей.

12

3. А н к ер овк а п роволоч ной а р м а т у р у

При передаче усилия натяжения проволочной арма­ туры на бетон на концевых участках конструкций обра­ зуется область с переменными напряжениями в арматуре и бетоне — зона анкеровки. На этих участках наблюда­ ется взаимное смещение арматуры и бетона.

Длину зоны анкеровки высокопрочной проволоки при передаче напряжений на бетон определяли на образцахпризмах сечением 45x90 мм, длиной от 1200 до 2400 мм [25]. Для сопоставления на одном стенде одновременно изготовляли образцы из керамзитобетона и тяжелого бетона.

Длину зоны анкеровки измеряли при постоянной ве­ личине контролируемого предварительного напряжения арматуры, равной 65% предела прочности при разрыве. Высокопрочную проволоку периодического профиля принимали диаметром 3, 4 и 5 мм.

Многочисленными замерами деформаций сжатия бе­ тона eg по концам элементов установлено, что величина eg изменяется начиная от нуля на торце до своего мак­ симального значения по закону, близкому к линейному.

где go — величина смещения проволоки с учетом укоро­ чения на базе прибора 5 (см. рис. 3),

go = g — Ag;

Я— коэффициент, зависящий от вида эпюры рас­ пределения напряжений по концам элементов (коэффициент Я определяется - как отношение прямоугольника ABCD к заштрихованной пло­ щади эпюры ACD (рис. 3, а). В нашем случае

при линейной эпюре ACD Я=2);

Со — начальное напряжение в арматуре с учетом по­ терь от релаксации;

■13

Рис. 3. Зависимость длины зоны анкеровки высокопрочной проволоки от прочности бетона

а — проволока периодического профиля диаметром 3 мм; б — то же, диамет­ ром 4 мм; в — то же, диаметром 5 мм; г-г-проволока гладкая диаметром 3 мм;

Еа— модуль упругости арматуры;

Ag — величина упругого укорочения проволоки на участке от точки крепления индикатора до торца элемента s,

На рис. 3 изображены зависимости длины зоны анке­ ровки от прочности бетона к моменту отпуска напряже­

14

ния в арматуре. Из представленных графиков можно заключить, что при одинаковой прочности керамзитобетона и тяжелого бетона длина зоны анкеровки всех видов проволоки в керамзитобетоне равна или несколько меньше длины зоны анкеровки такой же проволоки в тяжелом бетоне.

Исследованиями установлено, что минимальная прочность, при которой еще сохраняется анкерующая способность керамзитобетона при отпуске натяжения высокопрочной проволоки периодического профиля, около 50 кгс/см2. При отпуске натяжения проволоки в элементах из керамзитобетона с прочностью ниже 75 кгс/см2 длина зоны анкеровки будет чрезмерной

(100—150 см).

Длина зоны анкеровки гладкой проволоки диаметром 3 мм при прочих равных условиях превышает длину зо­ ны анкеровки проволоки периодического профиля такого же диаметра в 2—-2,5 раза.

Опыты на образцах, армированных проволокой пе­ риодического профиля диаметром 4 мм, показали, что снижение расхода цемента с 550 до 350 кг/м3 при со­ хранении одинаковой прочности керамзитобетона во время отпуска арматуры (что достигается более дли­ тельными сроками выдерживания на стенде) почти не влияет на анкерующую способность керамзитобетона. Следовательно, длина зоны анкеровки арматуры в ос­ новном зависит от прочности керамзитобетона■при отпуске натяжения арматуры.

Уменьшение длины зоны анкеровки арматуры в ке­ рамзитобетоне по сравнению с тяжелым бетоном, полу­ ченное по нашим опытам, можно объяснить тем, что растворная часть в керамзитобетоне (цементный камень), как правило, более прочная, чем при тех же условиях в тяжелом бетоне. Это получается благодаря процессу самовакуумирования, т. е. отсасывания керамзитовым гравием воды при твердении цементного камня. Наши выводы совпадают с результатами исследований керам­ зитобетона, выполненных в Московском автодорожном

институте [18].

Для определения смещения проволоки относительно бетона в течение длительного времени после отпуска арматуры были проведены наблюдения за образцами одной серии. Перед отпуском проволока периодического профиля диаметром 4 мм имела напряжение

15

135 кгс/см2.

Наблюдениями в течение четырех месяцев выявлено, чтб величина смещения проволоки относительно торцов образцов не превышала 3% первоначального смещения, причем это незначительное смещение произошло в пер­ вые десять суток хранения. В дальнейшем каких-либо признаков смещения проволоки относительно торцов не отмечалось.

Влияние условий твердения образцов на длину зоны анкеровки было исследовано на образцах двух серий, армированных высокопрочной проволокой перио­ дического профиля диаметром 5 мм. После бетонирова­

Прочность керамзитобетона к моменту отпуска натяже­

волоки относительно торцов образцов установлено, что термообработка немного ухудшает анкерующую способ­ ность керамзитобетона. У испытанных призм, прошедщих термообработку, длина зоны анкеровки равнялась 25 см, а у призм естественного твердения — 22 см.

На рис. 3 кроме опытных точек нанесены кривые нормируемых значений длин зоны анкеровки проволоки

альные опыты на образцах 12 серий, аналогичных опи­ санным выше, показали следующее. Мгновенный отпуск натяжения перерезанием проволоки пилой заметно ска­ зывается на увеличении длины зоны анкеровки,

жений на бетон не следует рекомендовать в условиях производства. Несколько лучшие результаты были полу­

16

чены Б. Б. Вейнером [19]. Проведенные им опыты при мгновенном отпуске натяжения проволоки периодическо­ го профиля диаметром 5 мм показали, что длина зоны анкеровки увеличивается всего на 15—25% по сравнению с плавным отпуском. Однако при осуществлении мгно­ венного отпуска натяжения проволоки Б. Б. Вейнер применял газовую резку.-При газовой резке проволоки фактически не происходит мгновенной передачи напря­ жения на бетон. Поэтому такой способ отпуска натяже­ ния проволочной арматуры может быть допущен в про­ изводственных условиях.

4. Анкеровка прядевой арматуры

Длину зоны анкеровки прядевой арматуры в керам­ зитобетоне изучали на образцах-балках размерами 10X20X280 и 14X20X280 см. Для опытных элементов применяли керамзит с насыпной объемной массой 500 и

керамзитобетона служил кварцевый песок.

Изучалась длина зоны анкеровки семипроволочных прядей диаметром 6, 9, 12 и 15 мм при напряжениях сг0, равных 65% разрывной прочности. Как и для прово­ лочной арматуры, было установлено, что эпюра напря­ жений в прядях на концах элементов близка линейной. Результаты исследований по определению длины зон анкеровки семипроволочных прядей различных диамет­ ров в керамзитобетоне и тяжелом бетоне приведены на рис. 4. На графиках рис. 4 нанесены линии нормируемых значений длин зоны анкеровки [42].

Анализируя эти данные, можно заключить, что при одинаковой прочности при отпуске натяжения арматуры керамзитобетона и тяжелого бетона Ro длина зоны анкеровки прядей примерно одинаковая. Точки, соответ­ ствующие опытам, на графиках имеют сравнительно большой разброс (см. рис. 4). По нашему мнению, это объясняется неодинаковой шероховатостью поверхности прядей, примененных в опытах. Полученные длины зоны анкеровки прядей диаметром 15 мм в керамзитобетоне подтверждаются результатами 'исследований В. Л. Мо-

розенского [36].

При проведении опытов отмечено, что при прочих равных условиях длина зоны анкеровкг

2— 1880

6)

Рис. 5. Зависимость прочности сцепления прядей от кубиковой прочности керамзитобетона

R кгс/см2

18

зитобетоне, прошедшем термообработку, несколько больше по сравнению с керамзитобетоном естественного твердения (см. рис. 4).

На образцах двух серий, армированных 'прядями диаметром 15 мм, было проверено увеличение длины зоны анкеровки с течением времени. Наблюдение за об­ разцами на протяжении 90 суток показало, что увеличе­ ние втягивания прядей в торцы балок составило 0,03— 0,06 мм, или 3—7% первоначального смещения при отпуске натяжения, причем после 20 суток смещения арматуры не отмечалось совсем.

В опытах В., Л. Морозенского [36] получены более высокие значения смещения прядей с течением времени. Им установлено, что за 15 суток выдерживания образцов на стенде втягивание прядей увеличилось до 17%.

Практически мгновенную передачу напряжений прядевой арматуры на бетон осуществить невозможно из-за неодновременного перерезания отдельных проволок, входящих в прядь. Поэтому изучался лишь условно­ мгновенный отпуск натяжения прядей при перерезании газовой резкой. При таком способе отпуска натяжения прядей длина зоны анкеровки увеличивается несущест­ венно по сравнению с плавным отпуском. По нашим опытам, а также с учетом данных других исследователей [19, 36], можно принять для прядей увеличение /ан при условно-мгновенной передаче напряжений на бетон на 25% по сравнению с плавной передачей.

Важный вопрос, возникающий при проектировании изгибаемых элементов из керамзитобетона с прядевым армированием — обеспечение совместной работы арма­ туры и бетона при различных нагрузках вплоть до раз­ рушения конструкции.

Для изучения сцепления арматурных прядей с керам­ зитобетоном на приопорных участках изгибаемых эле­ ментов при их нагружении внешней нагрузкой были испытаны на изгиб балки, армированные прядями диа­ метром 9, 12 и 15 мм. Балки испытывали на рычажном стенде сосредоточенными силами; расстояние от точки приложения сил до опоры а для балок принималось различным, начиная от 7з пролета до 2 h (h — высота балки). За грань опоры балка перепускалась на 10 см. На торцах балок устанавливали индикаторы, чтобы фик­ сировать смещение прядей относительно бетона.

По результатам испытания керамзитобетонных балок,