Инженерный вестник Дона | Расчет оптимальной величины защитного слоя бетона колонн квадратного сечения

Аннотация

В.А. Мурадян

Дата поступления статьи: 25.09.2013

Предлагается подход к расчету оптимальных значений защитного слоя бетона продольно армированных колонн, работающих при центральном сжатии. Моделирование осуществлено с использованием МКЭ — пакета  Ansys при реализации пространственной конструкции и плоской модели сечения колонны. 

Ключевые слова: железобетонная колонна, продольная арматура, защитный слой бетона, метод конечных элементов, критическая нагрузка

05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Предлагается подход к расчету оптимальных значений защитного слоя бетона продольно армированных колонн, работающих при центральном сжатии. Моделирование осуществлено с использованием МКЭ — пакета  Ansys при реализации пространственной конструкции и плоской модели сечения колонны.
Ряд исследований по расчету железобетонных колонн при центральном и внецентренном сжатии показал существенное включение в работу конструкции ее центральной части, в особенности при нагрузках, близких к критическим [1-6]. При этом, основываясь на анализе пространственной конечно-элементной модели колонны прямоугольного сечения с продольным армированием при центральном сжатии по характеру поведения главных напряжений  и , параллельных плоскости нормального сечения колонны, убеждаемся, что сечения в средней части колонны подвержены деформации растяжения. Характер распределения интенсивности напряжений в центральной части колонны является достаточно однородным, однако уровень напряжений зависит от положения вертикальной арматуры по сечению [7].  Это позволяет сделать вывод о возможности исследования критических усилий, воспринимаемых конструкцией, на основе анализа напряженно-деформированного стояния в плоскости центральных сечений.

Рассмотрим конечно-элементную модель плоского деформирования нормального сечения колонны  в следующей постановке [8-10]:
,    ,
где  — область, занимаемая бетоном, — область арматуры (рис. 1),
 — величина защитного слоя бетона.
На линиях  задаются нормальные растягивающие распределенные усилия по закону   и  соответственно. На линиях ,    — условия симметрии деформирования сечения колонны:
,  .

Рис. 1

В качестве физических параметров выбраны значения величин, представленных в таблице 1, и использованных как для пространственной, так и плоской моделей.
Таблица 1

Материал	Свойства материала
Арматура, элемент LINK8	Модуль Юнга EА, МПа				2.0е5
	Коэффициент Пуассона				0. 3
	Расчетное сопротивление RA, МПа				400
	Мультилинейная диаграмма деформирования
			Деформация					Напряжение , МПа
	точка 1		RA/EA					RA
	точка 2		0. 0025					RA
Бетон, элемент SOLID185	Модуль Юнга EB , МПа					3.25e4
	Коэффициент Пуассона					0.2
	Расчетное сопротивление при сжатии RB , МПа					22
	Расчетное сопротивление при растяжении RBt , МПа					1. 8
	Мультилинейная диаграмма деформирования
		Деформация					Напряжение , МПа
	Сжатие
	точка1	0.6*RB/EB					0.6 RB
	точка2	0.002					RB
	точка3	0. 0035					RB
	Растяжение
	точка1	0.6* RBt /EB					0.6 RBt
	точка2	0.002					RBt
	точка3	0.0035					RBt
Бетон, элемент SOLID65	Модуль Юнга EB, МПа			3. 25e4
	Коэффициент Пуассона			0.2
	Расчетное сопротивление на сжатие RB , МПа			22
	Расчетное сопротивление на растяжение RBt , МПа			1.8
	Коэффициент передачи касательных напряжений для открытой трещины			0.1
	Коэффициент передачи касательных напряжений для закрытой трещины			0. 9
	Предельная прочность при двухосном растяжении			1.2 RB
	Предельная прочность при двухосном сжатии, наложенном на гидростатическое напряжение			1.45 RB
	Предельная прочность при одноосном сжатии, наложенном на гидростатическое напряжение			1.725 RB

Для плоской модели сечения считаем уровень прикладываемых нагрузок соответствующим линейному участку деформирования среды без учета пластических деформаций  и процессов трещинообразования.

     Исходя из  этого, при реализации МКЭ модели сечения использованы плоские 8-узловые элементы Plane82 [8] с двумя поступательными степенями свободы в каждом узле. Характер разбиения сечения конечными элементами представлен  на рис. 2 с использованием локальной системы координат  и зеркальном отражении области  для полного представления сечения колонны.

 

Рис. 2 Сетка конечных элементов

Для выбора характера прикладываемой нагрузки  рассмотрены перемещения в среднем сечении колонны пространственной модели при уровне вертикального сжимающего усилия 0.7 от  критического. Модуль вектора перемещений в сечении близок аналогичной величине смещения при плоской деформации при равномерном распределении нагрузки . Близость диаграмм распределения перемещений по сечению позволила сделать вывод о возможности рассмотрения случая постоянных усилий .
Дальнейшее исследование по выбору оптимального положения арматуры по сечению колонны основывалось на анализе  интенсивности напряжений  в зависимости от величины защитного слоя бетона  
.
В качестве основного варианта использован случай выбора геометрических параметров модели:  м. Установлено, что основными влияющими факторами на распределение интенсивности напряжений в сечении являются: соотношение модулей упругости бетона и арматуры,  а также коэффициент Пуассона бетона, в основном определяющий  характер сжимаемости материала сечения.
Установлено, что наиболее чувствительной характеристикой к изменению положения арматуры является концентрация напряжений вблизи границы раздела арматуры и бетона. Величина , Па  на поверхности арматуры от параметра , м выведена на рис. 3.

Рис. 3. Распределение , Па от параметра .

Отметим, что минимальное значение полученной характеристики соответствует значению м и по сути определяет максимальный уровень критического усилия, приводящего к разрушению конструкции. Полученное значение соответствует анализу задачи  в пространственной постановке по расчету критических усилий при нелинейном деформировании среды с учетом явлений трещинообразования и дробления бетона.

Литература:

1. Мурадян В.А., Маилян Д.Р. Железобетонные стойки с заглубленными продольными стержнями без поперечного армирования // Расчет и проектирование железобетонных конструкций. — Ростов-на-Дону: РГСУ, 2009 – С. 94-95.
2. Мурадян В.А., Маилян Д.Р. Устойчивость арматурных стержней в сжатой железобетонной колонне // Строительство 2010. Материалы научно-практической конференции. — Ростов-на-Дону: 2010 . – С.40-42.
3. Кургин К.В., Маилян Д.Р. Работа керамзитофибробетонных колонн при повторных нагрузках [Электронный ресурс]  // «Инженерный вестник Дона», 2012,  №1. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/738 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
4. Мурадян В.А., Маилян Д.Р. К методике расчета железобетонных внецентренно сжатых колонн // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1333 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
5. Маилян Д.Р., Несветаев Г.В. О несущей способности колонн из высокопрочных самоуплотняющихся бетонов // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии. Материалы научно-практической конференции. — Махачкала: 2010. – С.47-49.
6. Маилян Д.Р., Резван И.В. Несущая способность бетонного ядра трубобетонных колонн // Вестник Майкопского государственного технического университета. -Майкоп: 2011. – С. 14-19.
7. Шиляева О.В., Хунагов Р.А.,  Блягоз А.М.   Моделирование устойчивости железобетонной панели      // Новые технологии. — 2012. – Вып. 3. – С. 114-119.
8. ANSYS, Inc. Theory Reference: ANSYS Release 9.0. – С.14-203.
9. Mkrtchyan A., Akcenov V., Mailyan. Experimental study of the structural properties of high-strength concrete // 5th International Scientific Conference “European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches”:Papers of the 5th International Scientific Conference. August 26–27. — Stuttgart, Germany. – 2013.  — 164 p.
10. Mkrtchyan A., Akcenov V., Mailyan. Experimental study of reinforced concrete columns of high-strength concrete // “Applied Sciences and technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific findings”: Papers of the 2nd International Scientific Conference (September 9–10, 2013). Cibunet Publishing. — New York, USA. — 2013. — 242 p.

Бетонное покрытие

Плиты нижнего армирующего покрытия

Минимальная необходимая толщина защитного слоя для армирования плит обычно составляет от 20 до 30 мм в зависимости от условий окружающей среды на протяжении всего срока службы здания. 20 мм применимы к сухому климату, а 30 мм — к морю.
Требуемая крышка держится только при использовании специальных подставок, называемых распорками. Они не должны подвергаться коррозии и должны размещаться примерно через каждые 1,00 м.
Самым простым решением для обеспечения необходимой толщины защитного слоя арматуры являются специальные пластиковые подложки, подобные показанным на рисунке выше. Запрещается использовать прокладки из стальной арматуры, так как они очень подвержены коррозии.

Стенды арматуры плит нижней

При коррозии арматуры возникающее объемное расширение приводит к отслаиванию бетона и, как следствие, к растрескиванию штукатурки. Значительный износ влияет не только на безопасность жильцов, но и на срок службы строения.

Обеспечение верхнего положения арматуры плиты

Положение верхней (отрицательной) арматуры плиты, расположенной как над опорой между двумя плитами, так и над опорой между плитой и балконом (консольная плита), можно закрепить только с помощью специальных арматурных опор.

Типы подставок — Прямая, «четвероногий» арматурный стул

Сборный элемент, изготовленный из тонкой стальной арматуры с ножками с пластмассовыми наконечниками для предотвращения коррозии опорной зоны между арматурным стулом и опалубкой.

Непрямая, S-образная сетчатая прокладка

Сборные, поставляются в упаковках прямой длины. Он формируется в форме S во время размещения.

Непрямая распорка из складчатой ​​сетки

Его легко сформировать, сложив стандартную проволочную сетку, т.е. Ø8/200, до желаемой высоты. В случае консолей, кроме распорки, его можно использовать в качестве «J-образной» арматуры, необходимой для сцепления свободных краев.

Стул с непрямой арматурой «J-образный штифт»

Для использования на свободных краях плит

Проволочная сетка в качестве верхней арматуры в опорной зоне плиты

В случаях, когда в качестве верхней арматуры в опорной зоне плиты используется сетка, ее положение можно зафиксировать с помощью S-образной сетчатой ​​прокладки, укладываемой на нижнюю арматурную решетку по длине пластиковой прокладки.

Гнутые стержни в качестве верхней арматуры в опорной зоне плиты

В тех случаях, когда верхняя арматура крепи образована загнутыми вверх пролетными стержнями, ее правильное размещение обеспечивается за счет изгиба самой арматуры, и поэтому стержневые стулья могут не понадобиться

Поддержка отрицательной арматуры плиты непрямыми S-образными сетчатыми прокладками

Две непрямые S-образные сетчатые прокладки устанавливаются на опору слева от сплошной плиты. Они устанавливаются на нижнюю решетку жесткости по длине линейных пластиковых прокладок.

Поддержка армирования отрицательной плиты опорами из арматуры и распорками из гнутой сетки

На правом ребре (консольный балкон) вышеуказанной сплошной плиты укладываются два ряда распорок. Первый ряд состоит из непрямых складчатых сетчатых распорок, надетых на две продольные пластиковые распорки, а второй ряд состоит из ряда прямых четырехногих арматурных стульев.
Необходимо предотвратить боковое скольжение складчатой ​​сетчатой ​​прокладки, чего можно добиться с помощью местных прокладок. Их необходимо укладывать сразу после укладки распорки фальцевой сетки и до ее обвязки арматурой плит. При использовании колесных проставок особое внимание следует уделить их вертикальному расположению, чтобы избежать смещения во время бетонирования. Однако, когда они используются в «лобах» плиты (как показано на рисунке выше), их можно размещать горизонтально, поскольку бетон не падает прямо на эти области.

Поддержка арматуры отрицательной плиты косыми S-образными распорками и распорками из гофрированной сетки

В качестве альтернативы, при наличии легкой стальной сетки в качестве нижнего армирования консоли рекомендуется использовать непрямые S-образные распорки сетки вместо прямых арматурных стержней. В этом случае более практично разместить сетчатую прокладку «J-образный штифт», позволяющую правильно разместить сетку внутри нее.

Стулья из арматуры на четырех ножках и кресло из арматуры J-pin на консоли

Другим решением, даже если на нижней стороне плиты или консоли имеется армирование из проволочной сетки, может быть использование прямых стульев из арматуры на четырех ножках, а не непрямых S-образных сетчатых прокладок.

Стулья из стальной арматуры

Категорически запрещается использовать опоры из стальной арматуры непосредственно на опалубку, кроме того, использование импровизированных распорок старого типа обходится дороже

Крышка усиления балки

Минимальная необходимая толщина защитного слоя для арматуры балок обычно составляет от 25 до 35 мм в зависимости от условий окружающей среды на протяжении всего срока службы здания. 25 мм относятся к сухому климату, а 35 мм — к морю.
Хомуты балки должны поддерживаться в основании балки однородным неактивным стержнем, поскольку все нагрузки арматуры передаются на эти участки.
Толщина боковой крышки должна быть обеспечена за счет использования специальных пластиковых прокладок. При использовании обоймы хомутов разумнее размещать прокладки колес на соединительных стержнях, чтобы зафиксировать их положение во время заливки бетона.

Усиление колонны

Минимальная требуемая толщина защитного слоя для арматуры колонн обычно составляет от 25 до 35 мм в зависимости от условий окружающей среды на протяжении всего срока службы здания. 25 мм относятся к сухому климату, а 35 мм — к морю.
Обеспечить желаемый защитный слой арматуры колонны — довольно простая задача. Например, четырех (4) отдельных распорок, размещенных в верхней части колонны, достаточно, поскольку базовые арматурные стержни колонны привязаны к стержням для соединения внахлестку.

Покрытие арматуры поперечной стены: 1

^st фаза

Что касается колонн, интегрированных по краям композитной стены, необходимая толщина защитного покрытия обеспечивается, как описано выше в отношении арматурного покрытия колонн. Что касается армирования тела стены, то толщина его защитного слоя обеспечивается следующим образом: После формирования тыльной стороны стены к опалубке прибиваются пластиковые стержни. Эти стержни имеют обычную длину около 2,0 м, и их можно использовать как единое целое или отдельные более мелкие детали.

Усиление поперечной стенки: 2

^и фаза

Затем устанавливаются краевые колонны и арматурные стержни стены, а затем к внутренней арматурной решетке крепится еще один комплект распорок. Таким образом, после установки последней детали опалубки будет обеспечена необходимая толщина защитного слоя и правильное центрирование арматуры.

Покрытие армирования фундамента

Минимальная требуемая толщина защитного слоя арматуры фундамента составляет около 40 мм для фундамента, лежащего на слое тощего бетона, и около 70 мм для фундамента, непосредственно контактирующего с грунтом.
Требуемое покрытие может быть создано точечными или, что еще лучше, линейными распорками. Из-за веса, который они несут, и из-за их необходимой высоты рекомендуется использовать распорки для тяжелых условий эксплуатации.

Обеспечение правильного положения верхней арматуры в фундаментных плитах

В случае общего или частичного фундамента ростверка или при устройстве нижней плиты бассейна необходимо использование арматурной сетки в качестве верхнего армирования.
Так же, как и в плитах верхнего строения пути, в зонах вокруг кромок плит арматурные стержни J-образной формы могут сочетаться с открытой или закрытой арматурной сеткой.
В центральной зоне необходимую толщину покрытия можно создать с помощью специальных стальных арматурных стульев, устанавливаемых поверх нижней арматурной решетки.

[Решено] Что из нижеперечисленного верно для укрытия с подкреплением

Что из следующего верно для укрытия с подкреплением?

1. Минимальная толщина покрытия арматуры должна составлять 20 мм или диаметр такого стержня, в зависимости от того, что больше.

2. На каждом конце арматурного стержня не менее 25 мм и не менее двойного диаметра такого стержня

3. Увеличенная толщина покрытия может быть обеспечена при воздействии на поверхность бетона вредных химических веществ.

1. 1, 2 и 3
2. Только 1 и 2
3. Только 1 и 3
4. Только 2 и 3

Вариант 1: 1, 2 и 3

9000 2 Бесплатно

CT 1: Строительные материалы

7,2 тыс. пользователей

10 вопросов

20 баллов

12 минут

Заявление I: Верно

Согласно IS 456:2000, пункт 8.4, минимальное значение номинального покрытия основано на условиях воздействия, как указано ниже:

Условия воздействия	Минимальная номинальная крышка
Мягкая	20 мм
Умеренный	30 мм
Тяжелая	45 мм
Очень серьезный	50 мм
Экстремальный	75 мм

 

Кроме того, в любом случае покрытие не должно быть меньше максимального диаметра стержня или 20 мм, в зависимости от того, что больше.

Заявление II и III: Верно меньше более 25 мм или в два раза больше диаметра такого стержня, в зависимости от того, что больше.

2. Для продольного арматурного стержня в балке не менее 25 мм или диаметра такого стержня, в зависимости от того, что больше.

3. Для растягивающей, сжимающей, сдвигающей или другой арматуры в плите не менее 15 мм или диаметра такой арматуры, в зависимости от того, что больше.

4. Для любой другой арматуры не менее 15 мм или диаметра такой арматуры, в зависимости от того, что больше.

5. Номинальное покрытие может быть увеличено, когда поверхности бетонных элементов равны подвергается воздействию вредных химических веществ (как в случае контакта бетона с землей, загрязненной такими химическими веществами), кислот, паров, соленой атмосферы, сернистого дыма. Его необходимо увеличить на 15–15 мм. Однако в любом случае крышка должна превышать на 75 мм.

Скачать решение PDF

Поделиться в WhatsApp

Последние обновления UPSC IES

Последнее обновление: 3 марта 2023 г.