Учёные СПбГАСУ работают над повышением долговечности железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера

Владимир Попов

Учёные СПбГАСУ изучают долговечность железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера. О результатах исследований рассказал доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций, к. т. н. Владимир Попов.

– Россия – северная страна. Около 50 процентов наших территорий относятся к районам Крайнего Севера или приравненным к ним. Несмотря на малонаселённость данных территорий, большой объём поступлений в бюджет приходится именно на них. Там добывают газ, нефть, алмазы и многое другое, поэтому освоение Арктики очень актуально. Я родился и бо́льшую часть жизни прожил в Якутии – самом холодном регионе России. Наверное, этим обусловлен мой интерес к данной тематике, – отметил он. 

– Владимир Мирович, расскажите, пожалуйста, о своих исследованиях. 

– Я изучаю долговечность железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера достаточно давно. Статьи, написанные в соавторстве с моими коллегами, опубликованы в журналах «Вестник гражданских инженеров», «Промышленное и гражданское строительство» и других. Мы работаем вместе с заведующим кафедрой железобетонных и каменных конструкций СПбГАСУ, членом-корреспондентом РААСН, доктором технических наук, профессором

Валерием Ивановичем Морозовым, который делится своими рекомендациями и замечаниями, а также с аспирантами Владиславом Кондратюком и Михаилом Плюсниным. В работе принимают участие магистранты нашей кафедры Есения Батяева, Пётр Герасимов, Анна Гуж, Егор Чумляков.

Нельзя не отметить, что Ленинград всегда славился исследованиями Крайнего Севера. В Ленинградском зональном научно-исследовательском институте экспериментального проектирования (ЛенЗНИИЭП) было запроектировано большое количество объектов для строительства на Крайнем Севере: на БАМе, в Якутске, Магадане, Нерюнгри и других городах, разработано много типовых проектов.

 

– Каковы особенности эксплуатации железобетонных конструкций в условиях Крайнего Севера? 

– Попеременное замораживание и оттаивание железобетонных конструкций в процессе эксплуатации в условиях Крайнего Севера приводит к деградации как прочностных, так и деформационных свойств бетона. А снижение прочности бетона уменьшает несущую способность железобетонных конструкций. 

– Как можно решить эту проблему? 

– Обычно применяют более морозостойкие бетоны, которые лучше сопротивляются попеременному замораживанию и оттаиванию; мы же подошли к вопросу с другой стороны: долговечность железобетонных конструкций в экстремальных условиях можно повысить не только за счёт свойств самого материала, но и путём выполнения специальных требований по конструированию. Причём это распространяется и на морозостойкость бетона, и на другие виды его коррозии. 

– Как вы пришли к такому выводу? 

– На долговечность железобетонных конструкций влияет коэффициент армирования. Чем больше продольной арматуры в растянутой зоне изгибаемых элементов, тем ниже их долговечность. А в сжатых элементах всё с точностью до наоборот – чем больше арматуры, тем выше долговечность. При этом обнаружилось, что при небольшом проценте армирования прочность бетона не настолько сильно влияет на долговечность железобетонных конструкций.

Выяснилась и другая любопытная подробность: летом вероятность разрушения в результате попеременного замораживания и таяния выше, чем зимой. При низких отрицательных температурах прочность бетона возрастает, что приводит к повышению несущей способности железобетонных конструкций. Таким образом, можно констатировать наличие скрытой периодичности отказов железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в естественных условиях Крайнего Севера.

На мой взгляд, это очень важный вывод: ведь социальные и экономические последствия возможных аварий железобетонных конструкций на Крайнем Севере зимой и летом различны. В зимнее время для устранения аварий на объектах жизнеобеспечения требуются многократно бо́льшие трудовые и финансовые затраты.

Следует заметить, что наши выводы базируются на экспериментальных исследованиях образцов бетона, с одной стороны, и на численном моделировании работы железобетонных конструкций, с другой. Безусловно, необходимы дополнительные экспериментальные исследования работы элементов железобетонных конструкций, подвергнутых попеременному замораживанию и оттаиванию как при положительных, так и при отрицательных температурах. 

– Какие требования к конструктивным решениям вы сформулировали на основе своих исследований? 

– Мы пришли к выводу, что армирование должно быть рациональным, то есть разным для сжатых и для изгибаемых элементов. Правильно выполнив конструирование, мы можем повысить долговечность бетонов в условиях попеременного замораживания и оттаивания. Необходимо ограничивать процент армирования изгибаемых элементов железобетонных конструкций, а если это невозможно, то применять двойное армирование, то есть устанавливать продольную рабочую арматуру в сжатую зону. Применение двойного армирования существенно снижает негативное влияние уменьшения прочности бетона в результате попеременного замораживания и оттаивания.

 

– Расскажите, пожалуйста, о ваших дальнейших планах. 

– Сейчас мы расширили исследования на фиброжелезобетонные конструкции. Сталефиброжелезобетон обладает повышенной морозостойкостью. Однако морозостойкость сталефиброжелезобетонных конструкций с комбинированным армированием изучена недостаточно. Планируем исследовать морозостойкость полиармированного фибробетона, а также влияние низкомодульной фибры на долговечность фибробетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания, влияние циклов замораживания и оттаивания на прочность и предельные деформации фибробетона при сжатии и растяжении при различных процентах армирования фиброй, изменение полных диаграмм деформирования при сжатии и растяжении после замораживания и оттаивания при испытании в условиях положительных и низких отрицательных температур, влияние процента армирования продольной арматурой на долговечность конструкций из фибробетона.

{gallery name=»ПОПОВ012021″}

---

Текст: Татьяна Петрова
Фото: Владимир Попов

✔ Узнайте подробности о кафедре железобетонных и каменных конструкций, о преподавателях и разработках

Как правильно армировать фундамент? | ООО «СК Основа»

   При армировании ленточных фундаментов используется продольное и поперечное армирование. Для армирования используется арматура класса А3(А400) или (А500). При вспомогательном армировании чаще используют гладкую арматуру класса ВР-1. Продольные рабочие арматурного каркаса ленточного фундамента предназначены для восприятия нагрузок растяжения и сжатия, вдоль продольной оси фундамента.
   Так же рабочее армирование в ленточном фундаменте может быть не только продольное, но и поперечное. Выполняется такое армирование в тех случаях, когда воздействуют нагрузки вдоль поперечной оси фундамента. Поперечная арматура предотвращает развитие трещин в бетоне, служит фиксацией продольных стержней в проектном положении и защищает из от бокового выпучивания при сжимающих нагрузках. Монтируют такие хомуты с шагом не более 15 диаметров сжатой продольной арматуры и не более 50см.
   В фундаментах так же используется конструкционная арматура, которая принимает на себя непредусмотренных воздействий (усадка бетона, температурные деформации). При высоте фундамента более 70 см устанавливают дополнительный продольный стержень на каждые 40 см высоты ленты.

Процент армирования

   В соответствии с СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» говорит о том, что процент армирования должен находиться в диапазоне 0,3-3% для балок и не менее 0,1% для фундаментов от площади поперечного сечения конструкции. Например если у вас лента сечением 400*600 мм, то площадь поперечного сечения ровна 240000 мм.кв. В таком случае сечение арматуры для фундамента ровна 240 мм.кв, это соответствует 2 пруткам 14 диаметра в верхней зоне и 2 пруткам 14 диаметра в нижней зоне.

Диаметр арматуры

   Кроме процента армирования есть требования к минимальному диаметру арматуры. основной перечень требований по диаметру арматуры следующий:
— рабочая продольная арматура не должна быть менее 10 мм в диаметре
— рекомендуется применять одинаковый диаметр продольных стержней. Если все же применены разные диаметры, то стержни большего диаметра рекомендуется применять в углах и в нижней (растянутой) зоне фундамента
— стержни верхнего и нижнего ряда должны размещаться параллельно друг другу.

Количество рядов арматуры

   Для фундаментов индивидуальных домов чаще всего используется 2 ряда армирования. Верхний ряд армирования работает на сжатие, а нижний на растяжение. Если высота ленты не превышает 70 см, то промежуточных продольных стержней делать не нужно, т.к. они там не работают. При высоте фундамента более 70 см лента рассматривается как балки и ей требуется конструктивное армирование. Оно должно устанавливаться\ у боковых поверхностей, а расстояние между стержнями не должно превышать 40см.

Толщина защитного бетонного слоя арматуры

   Защитный слой бетона служит для обеспечения хорошей сцепки бетона с арматурой, а так же защищает арматуру от коррозии металла. Толщина защитного слоя зависит от конструкции, ее назначения, диаметра арматуры, условий работы.
Для продольной арматуры защитный слой составляет от 30 мм для сборных фундаментов, 35 мм для монолитных конструкций с бетонной подготовкой и 50—70 мм без бетонной подготовки.
Защитный слой возможно обеспечить с помощью пластиковых фиксаторов.

 

Влияние армирования на долговечность изгибаемых железобетонных конструкций в условиях попеременного замораживания и оттаивания

Влияние армирования на долговечность изгибаемых железобетонных конструкций в условиях попеременного замораживания и оттаивания

• Попов Владимир

Аннотация

В статье исследуется влияние уровня и вида армирования изгибаемых элементов железобетонных конструкций на их несущую способность в условиях воздействия попеременного промерзания и оттаивания. Прочностные и деформационные характеристики для бетона класса В30 принимали по СНиП СП 63.13330.2018, а после воздействия попеременного замораживания и оттаивания по СНиП СП 52. 105.2009. Исследование напряженно-деформированного состояния и оценку несущей способности проводили по специально разработанной программе, в которой реализован диаграммный метод. Показано, что долговечность изгибаемых железобетонных конструкций зависит от процентного содержания и вида армирования. При армировании продольной напрягаемой арматурой равной 1 % снижение несущей способности железобетонной балки после воздействия попеременного замораживания и оттаивания составит 5,5 %, а при армировании 2,5 % равно 20,9.%. Кроме того, изменится характер разрушения и напряжения в растянутой арматуре не достигнут расчетного сопротивления. При невозможности ограничения процента армирования продольной напрягаемой арматуры рекомендуется использовать двойное армирование. Установка рабочей арматуры в сжатой зоне в объеме 50 % от растянутой с долей армирования 2 % снизит снижение несущей способности до 2,2 % после воздействия циклов замораживания и оттаивания и не изменит характер разрушения.

Публикация:

Сеть конференций E3S

Дата публикации:

Январь 2023

DOI:

10. 1051/e3sconf/202337102016

Биб-код:

2023E3SWC.37102016P

Типы стальной арматуры, используемой в бетонных конструкциях

Хасан Ширази PE, BSc CEng

Хасан Ширази PE, BSc CEng

доктор медицинских наук Сампак Интернэшнл (Пвт.) Лтд. Консультационные работы по гражданскому строительству.

Опубликовано 21 октября 2017 г.

+ Подписаться

В бетонных конструкциях в основном используется 4 типа стальной арматуры:

1.    Горячекатаные деформированные стержни: Это наиболее распространенный тип арматуры для обычных железобетонных конструкций. Горячая прокатка производится на станах, что включает в себя придание деформации на поверхности, т. Е. Ребрам, чтобы она могла образовывать связь с бетоном. Кривая напряжение-деформация показывает четкую точку текучести, за которой следует стадия пластичности, на которой деформация увеличивается без увеличения напряжения. Затем следует этап деформационного упрочнения. Он имеет типичный предел текучести при растяжении 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Горячекатаные деформированные прутки

2.    Мягкая сталь Гладкие стержни: Это гладкие стержни без ребер. Они используются в небольших проектах, где экономия является реальной проблемой. Так как простые стержни не могут хорошо сцепляться с бетоном, на концах должны быть предусмотрены крюки. В этом типе стали также кривая напряжение-деформация показывает отчетливый предел текучести, за которым следует пластическая стадия, в которой деформация увеличивается без увеличения напряжения. Затем следует этап деформационного упрочнения. Стадия пластической деформации в стержнях из мягкой стали даже более выражена, чем в горячекатаных деформированных стержнях. Типичный предел текучести при растяжении составляет 40 000 фунтов на квадратный дюйм.

Простые стержни из мягкой стали

3.    Холоднодеформированная стальная арматура: Когда горячекатаный стальной стержень подвергается процессу холодной обработки давлением, получается холоднодеформированная арматура. Холодная обработка включает скручивание или вытягивание стержней при комнатной температуре. Это эффективно устраняет пластическую стадию на кривой напряжение-деформация, хотя и дает больший контроль над размером и допусками стержней. Из-за удаления пластиковой ступени он имеет более низкую пластичность, чем горячекатаные прутки. Его использование характерно для проектов, где серьезной проблемой являются низкие допуски и прямолинейность. Кривая напряжение-деформация не показывает четкого предела текучести, так как стадия пластичности полностью исключена. Предел текучести определяют путем проведения линии, параллельной касательному модулю при деформации 0,2%. Предел текучести представляет собой точку, в которой эта линия пересекает кривую напряжение-деформация. Это известно как пробное напряжение 0,2%. Если предел текучести определяется при деформации 0,1%, это называется пределом текучести 0,1%. Типичный предел текучести при растяжении составляет 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Холоднодеформированные стержни

4.    Сталь для предварительного напряжения: Сталь для предварительного напряжения используется в виде стержней или напрягающих элементов, состоящих из нескольких прядей, однако чаще используются напрягаемые пряди, поскольку они могут быть уложены в различные профили, что является основным Требования к предварительно напряженной стали. Предварительно напряженные пряди, в свою очередь, состоят из нескольких проволок (обычно 2, 3 или 7 проволочных прядей). Типичная прядь из семи проволок состоит из шести проволок, намотанных вокруг седьмой проволоки, которая имеет немного больший диаметр, образуя таким образом спиральную прядь. Эти проволоки являются холоднотянутыми и имеют очень высокий предел прочности при растяжении (обычно 250 000–270 000 фунтов на квадратный дюйм). Их высокая прочность на растяжение позволяет эффективно напрягать бетон даже после краткосрочных и долгосрочных потерь. Они используются в предварительно напряженном бетоне в мостах или предварительно напряженных плитах в зданиях. Предварительно напряженная сталь также доступна в виде несвязанных прядей, заключенных в оболочку из ПВХ. Он используется при пост-натяжении элементов. Предварительно напряженные пряди также доступны в виде прядей с низкой релаксацией, которые демонстрируют низкие релаксационные потери после предварительного напряжения. Они обычно используются в предварительно напряженных элементах с большими пролетами.

Благодаря процессу холодной вытяжки, аналогичному по действию холодной обработке давлением, пластическая стадия в этом типе стали исключена. Таким образом, кривая напряжение-деформация не показывает четкой точки текучести. Предел текучести определяется при условном напряжении 0,1% или 0,2%. Однако конструкция предварительно напряженного бетона зависит не столько от предела текучести, сколько от предела прочности; следовательно, интересующим свойством этого типа стали является предел прочности.

Процесс волочения проволоки

7 прядей проволоки

Нескрепленная 7-проволочная стренга

Напряжение — кривые деформации различных типов арматурных сталей

(Технические требования к арматурным стержням ASTM A615, BS 4449)

(Технические требования к предварительному напряжению 7-проволочных прядей ASTM A416)

• АНАЛИЗ НАЖИМНОЙ И ПЛАСТИКОВОЙ ПЕТЛИ.

  

  11 августа 2022 г.

• ЧТО ДЕЛАЕТ СОВРЕМЕННОЕ ЗДАНИЕ СОВРЕМЕННЫМ.

  9 августа 2022 г.

• Почему значение CBR используется для проектирования нежестких покрытий, а значение модуля реакции грунтового основания используется для проектирования жестких покрытий?

  1 августа 2022 г.

• Какова максимально допустимая длина здания без использования компенсаторов для зданий из стали и железобетона?

  25 июля 2022 г.

  

• РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ РАЗРУШЕНИЙ ПРИ СДРЕВЕ В ЖБИ БАЛКАХ.

  22 июля 2022 г.

• В чем разница между расчетом допустимого напряжения ASD и расчетом нагрузки и коэффициента сопротивления LRFD?

  20 июля 2022 г.

• Что такое «живой» или самовосстанавливающийся бетон?

  28 января 2020 г.