Усиление железобетонных конструкций сп: СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования

Содержание

СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования

СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования Сведения о СП 164.1325800.2014
  • ИСПОЛНИТЕЛИ - ОАО "НИЦ "Строительство" - НИИЖБ им.А.А.Гвоздева, ЗАО "Триада-Холдинг", ЗАО "ХК "Композит"
  • ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
  • ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
  • УТВЕРЖДЕН приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 8 августа 2014 г. № 452/пр и введен в действие с 1 сентября 2014 г.
  • ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
  • ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Введение

Настоящий СП 164.1325800.2014 разработан с учетом обязательных требований, установленных в Федеральных законах от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ "О техническом регулировании", от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" и содержит требования к расчету и проектированию усиления или восстановления композитными материалами бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения.

1. Область применения

1.1 Настоящий СП 164.1325800.2014 распространяется на проектирование усиления или восстановления железобетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения путем устройства системы внешнего армирования композитными материалами из термореактивных адгезивов, армированных углеродными или стеклянными волокнами.

1.2 СП 164.1325800.2014 устанавливает требования к расчету железобетонных конструкций, усиленных или восстановленных системами внешнего армирования композитными материалами и проектированию указанных систем для усиления или восстановления железобетонных конструкций из тяжелого и мелкозернистого бетонов, на которые распространяются требования СП 63.13330.

2. Нормативные ссылки

В настоящем СП 164.1325800.2014 "Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами. Правила проектирования" использованы ссылки на следующие нормативные документы:

  • ГОСТ 25.601-80 Расчеты испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах
  • ГОСТ 6943.17-94 Стекловолокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения ширины и длины
  • ГОСТ 6943.18-94 Стекловолокно. Ткани. Нетканые материалы. Метод определения толщины
  • ГОСТ 9550-81 Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе
  • ГОСТ 11262-80 Пластмассы. Метод испытания на растяжение
  • ГОСТ 14759-69 Клеи. Метод определения прочности при сдвиге
  • ГОСТ 15173-70 Пластмассы. Метод определения среднего коэффициента линейного теплового расширения
  • ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности
  • ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности
  • ГОСТ 18616-80 Пластмассы. Метод определения усадки
  • ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля
  • ГОСТ 22904-93 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры
  • ГОСТ 24297-2013 Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроля
  • ГОСТ 26433.1-89 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Элементы заводского изготовления
  • ГОСТ 27271-87 Материалы лакокрасочные. Метод контроля срока годности
  • ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций
  • ГОСТ 28780-90 Клеи полимерные. Термины и определения
  • ГОСТ 29104.1-91 Ткани технические. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей
  • ГОСТ 29104.2-91 Ткани технические. Метод определения толщины
  • ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния
  • ГОСТ 32618.2-2014 Пластмассы. Термомеханический анализ (ТМА). Часть 2. Определение коэффициента линейного теплового расширения и температуры стеклования
  • ГОСТ 32943-2014 Материалы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к клеевым соединениям элементов усиления конструкций
  • ГОСТ Р 54257-2010* Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования
  • ГОСТ Р 53778-2010 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. Общие требования
  • ГОСТ Р 54559-2011 Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных волокном. Термины и определения
  • ГОСТ Р 55135-2012 Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). Часть 2. Определение температуры стеклования
  • СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения"
3. Термины и определения

В настоящем СП 164.1325800.2014 применены термины по ГОСТ Р 54559, а также следующие термины с соответствующими определениями:

  • усиление железобетонной конструкции - комплекс конструктивных мероприятий и технологических работ, направленных на повышение несущей способности и эксплуатационных свойств конструкции.

  • восстановление (ремонт) железобетонной конструкции - комплекс конструктивных мероприятий и технологических работ, направленных на восстановление несущей способности и эксплуатационных свойств конструкции, нарушенных вследствие дефектов изготовления или в процессе ее эксплуатации.

  • внешнее армирование (железобетонной конструкции) композитными материалами - установка наклеиванием на железобетонную конструкцию изделий заводского изготовления из композитных материалов (ламинатов) или послойное наклеивание термореактивными адгезивами изделий из непрерывного углеродного или стеклянного волокна (холстов, сеток и других тканых материалов) с последующим отверждением и образованием однослойного или многослойного композитного материала.

  • система внешнего армирования композитными материалами - система, состоящая из клеевого слоя, образованного отвержденным термореактивным адгезивом, однослойного или многослойного композитного материала и, при необходимости, защитного слоя, обеспечивающего защиту системы от воздействия повышенных температур, открытого пламени, ультрафиолетового излучения и механических повреждений.

Примечание. Защитный слой наносят в соответствии с проектной документацией на усиление или восстановление железобетонной конструкции.

  • ламинаты - готовые для устройства внешнего армирования конструкций многослойные полосы различной толщины и ширины, изготовленные в заводских условиях путем пропитки и горячего прессования.

Примечание. Ламинаты изготавливают в виде полос или пластин различной длины, ширины и толщины, как правило, однонаправленно армированных. В технической документации отдельных изготовителей вместо термина "ламинат" употребляют термин "ламель".

  • элементы усиления - ламинаты или их части, или части изделий из непрерывного углеродного или стеклянного волокна (холсты, сетки и другие тканые материалы), различной длины и ширины, подготовленные для наклеивания на основание железобетонной конструкции.

  • адгезив (термореактивный) - клеящий состав из термореактивной смолы для наклейки ламинатов или пропитки и наклейки изделий из непрерывного углеродного или стеклянного волокна (холсты, сетки и другие тканые материалы) на основание железобетонной конструкции.

Примечание. Под термореактивным адгезивом в настоящем своде правил понимают адгезив на основе эпоксидных смол.

  • праймер - материал, применяемый для предварительной подготовки основания железобетонной конструкции перед нанесением адгезива.

  • основание (железобетонной конструкции)

    - поверхность железобетонной конструкции, на которую наклеивают ламинаты или изделия из непрерывного углеродного или стеклянного волокна (холсты, сетки и другие тканые материалы) при ее усилении или восстановлении внешним армированием из композитных материалов.

4. Общие требования

4.1 Проектирование усиления или восстановления железобетонных конструкций следует проводить на основе результатов их натурного обследования и поверочного расчета.

4.2 В результате натурных обследований должно быть установлено: состояние конструкции, геометрические размеры конструкций, армирование конструкций, прочность бетона, вид и класс арматуры и ее состояние, прогибы конструкций, расположение трещин и ширина их раскрытия, размеры и характер дефектов и повреждений, действующие нагрузки, статическая схема конструкций. Натурные обследования следует проводить с учетом требований ГОСТ 31937, ГОСТ 17624, ГОСТ 22690, ГОСТ 22904, ГОСТ 28570, ГОСТ 18105, ГОСТ Р 53778.

4.3 Поверочные расчеты конструкции следует проводить на основе проектных материалов и результатов натурных обследований и с учетом требований СП 63.13330 и ГОСТ 54257.

4.4 Расчетные схемы при проведении поверочных расчетов следует принимать с учетом установленных фактических геометрических размеров и конструктивных отклонений от проекта в отдельных элементах конструкции и их соединениях.

4.5 При проведении поверочных расчетов должны быть учтены дефекты и повреждения конструкции, выявленные в процессе натурных обследований:

  • снижение прочности;
  • местные повреждения или разрушения бетона;
  • обрыв арматуры;
  • коррозия арматуры;
  • нарушение анкеровки и сцепления арматуры с бетоном;
  • образование и раскрытие трещин и другие.

4.6 Поверочные расчеты следует проводить по несущей способности, деформациям и трещиностойкости.

4.7 На основе поверочных расчетов следует установить пригодность конструкций к эксплуатации, необходимость их усиления или полную непригодность конструкции. Для конструкций, не удовлетворяющих требованиям поверочных расчетов по эксплуатационной пригодности, допускается не предусматривать усиление, если фактические прогибы превышают допустимые значения, но не препятствуют нормальной эксплуатации, а также если фактическое раскрытие трещин превышает допустимые значения, но не создает опасности разрушения.

4.8 Допускается при восстановлении конструкции не проводить поверочные расчеты по эксплуатационной пригодности, если перемещения и ширина раскрытия трещин в существующих конструкциях при максимальных фактических нагрузках не превосходят допустимых значений, а усилия в сечениях элементов конструкции от проектных нагрузок не превышают значений усилий от фактически действующих нагрузок.

4.9 Система внешнего армирования композитными материалами должна обеспечивать включение в работу составных частей системы и их совместную работу с усиливаемой или восстанавливаемой конструкцией.

4.10 Минимально допустимый фактический класс бетона по прочности на сжатие существующей конструкции, усиливаемой или восстанавливаемой внешним армированием из композитных материалов, должен составлять не менее:

  • В15 - при усилении изгибаемых конструкций;
  • В10 - при усилении сжатых конструкций.

4.11 Не допускается проводить усиление элементов с корродированной стальной арматурой без устранения причин и продуктов коррозии. Не рекомендуется проводить усиление внешним армированием из композитных материалов изгибаемых конструкций, для которых поверочными расчетами установлено, что высота сжатой зоны бетона при расчете прочности по нормальным сечениям усиливаемой конструкции превышает ее граничное значение, установленное в СП 63.13330.

4.12 Максимальная температура эксплуатации железобетонной конструкции, усиленной или восстановленной системой внешнего армирования из композитных материалов без защитного слоя, не должна превышать температуру стеклования композитного материала и (или) термореактивного адгезива.

4.13 При проектировании системы внешнего армирования из композитных материалов необходимо исключить в процессе эксплуатации попадание на систему прямых солнечных лучей, в том числе путем устройства защитного слоя.

4.14 В случае необходимости обеспечения пожарной безопасности и защиты от повреждений композитных материалов системы внешнего армирования, следует предусмотреть устройство защитного слоя из специальных огнеупорных составов, совместимых с адгезивами на основе эпоксидной смолы.

4.15 При проектировании системы внешнего армирования из композитных материалов для железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях переменной влажности, следует предусмотреть возможность миграции паров влаги из тела бетона.

4.16 Расчет огнестойкости конструкций, усиление или восстановление которых выполнено без устройства противопожарной защиты системы внешнего армирования из композитных материалов, следует проводить без учета работы системы внешнего армирования.

4.17 Расчет конструкций, усиленных внешним армированием из композитных материалов, следует проводить по несущей способности, деформациям и трещиностойкости.

Скачать СП 164.1325800.2014 "Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования"

Справочные материалы

«Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции».

Автор: Н. П. Фролов; Москва, Стройиздат, 1980.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Перспективы применения композитной арматуры».

Авторы: А.М. Уманский, Беккер А.Т.; Вестник инженерной школы ДВФУ. 2012. №2 (11).

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Работа балок, армированных композитной стеклопластиковой арматурой».

Авторы: В.П. Селяев, А.А. Соловьев, Р.Н. Парамонов, М.Ф. Алимов, И.Н. Шабаев; Региональная архитектура и строительство 2013, №3.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Обзор литературы по применению в железобетонных пролетных строений мостов неметаллической композитной арматурой».

Авторы: А.О. Клементьев, М.Н. Смердов; Вестник Уральского государственного университета путей сообщения, №4 (20), 2013.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Особенности испытаний и характер разрушения полимеркомпозитной арматуры».

Авторы: А.Р. Гиздатуллин, В.Г. Хозин, А.Н. Куклин, А.М. Хуснутдинов; Инженерно-строительный журнал, №3, 2014.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Инженерный метод расчета усиления железобетонных плит покрытия композитной арматурой».

Авторы: В.И. Римшин, А.И. Галубка, А.В. Синютин; Научно-технический вестник Поволжья, №3, 2014.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Практические рекомендации и технико-экономическое обоснование применения композитной арматуры в железобетонных конструкциях зданий и сооружений».

Авторы: Ю.О. Кустикова, В.И. Римшин, Л.И. Шубин; Научно-технический и производственный журнал Жилищное строительство, №7, 2014.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Особенности испытаний композитной полимерной арматуры».

Авторы: А.В. Бенин, С.Г. Семенов; Промышленное и гражданское строительство, №9, 2014.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Стеклопластиковая арматура для армирования бетонных конструкций».

Авторы: Ж.С. Теплова, С.С. Киски, Я.Н. Стрижкова; Строительство уникальных зданий и сооружений. ISSN 2304-6295. 9 (24). 2014. 49-70.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Исследование теплостойкости композитов с разной степенью отверждения».

Авторы: Е.В. Атясова, А.Н. Блазнов, И.К. Шундрина, В.В. Самойленко, В.В. Фирсов, С.С. Гребнев, И.А. Родионов; Ползуновский вестник, №4 Т.1, 2016.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Компьютерное моделирование и анализ эксплуатационных характеристик стеклопластиковой арматуры периодического профиля».

Авторы: Д. Н. Шабанов, Е.А. Зябкин, Е.А. Трамбицкий; Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. 2017.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Исследование влияния температурного воздействия на работу стеклопластиковой арматуры в бетонных конструкциях».

Авторы: Т.А. Борисова, Т.А. Зиннуров, А.Н. Куклин; Известия КГАСУ, 2018, №2 (44). Строительные конструкции, здания и сооружения.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Характеристики сцепления композитной арматуры с бетоном в условиях статического нагружения».

Автор: А.В. Замировский; Брестский государственный технический университет, Беларусь, 2018.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Влияние вида анкеровки на адгезию композитной арматуры к бетону».

Авторы: И.В. Караваев, В.Е. Румянцева, В.С. Коновалова; ФГБОУ ВО "Ивановский государственный политехнический университет".

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Исследование свойств композитной арматуры».

Авторы: В. Тимоничев, Е.В. Мищенко; ФГБОУ ВПО Орел ГАУ.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Композитная арматура как способ повышения долговечности строительных конструкций».

Авторы: С.В. Федосов, В.Е. Румянцева, В.С. Коновалова, И.В. Караваев; ФГБОУ ВО "Ивановский государственный политехнический университет".

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Численное моделирование сцепления композитной арматуры с бетоном».

Авторы: Т.А. Зиннуров, А.А. Пискунов, Л.Г, Сафиюлина, О.К. Петропавловских, Д.Г. Яковлев; Интернет-журнал "НАУКОВЕДЕНИЕ" Том 7, №4 (июль - август 2015).

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Пути повышения модуля упругости композитной арматуры».

Авторы: С.П. Максимов, Ю.Б. Башкова, Т.А. Микляева, А.Е. Максимова; "Технические науки" электронно-научный журнал. 2015. №11 (22).

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«О нормировании характерстик стержневой неметаллической композитной арматуры».

Авторы: В.И. Римшин, С.И. Меркулов; Промышленное и гражданское строительство, №5, 2016.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Компьютерное моделирование стеклопластиковой арматуры периодического профиля и вычислительный эксперимент оценки ее эксплуатационных свойств».

Авторы: Д.Н. Шабанов, Е.А. Зябкин, Е.А. Трамбицкий; Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. 2016.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Механическое воздействие на бетон в железобетонных элементах, армированных стекловолоконной композитной арматурой».

Авторы: В.Е. Румянцева, И.В. Караваев; ФГБОУ ВО "Ивановский государственный политехнический университет".

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Специфика испытаний композитной полимерной арматуры».

Авторы: В.В. Тюрников, А.П. Литиков, А.Д. Ахмедов; Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. "Самарский государственный архитектурно-строительный университет".

Скачать (Файл в формате .Pdf).

«Приспособление анкерного типа для реализации натяжения композитной полимерной арматуры для преднапряженных бетонных конструкций».

Авторы: В.Ф. Степанова, А.В. Бучкин, Е.Ю. Юрин, Е.И. Никишов, И.В. Абрамов, Ю.В. Турыгин, П.В. Лекомцев; Вестник НИЦ "Строительство" 3(22) 2019.

Скачать (Файл в формате .Pdf).

Приказ Минстроя России от 14.12.2020 N 781/пр "Об утверждении Изменения N 1 к СП 164.1325800.2014 "Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования"

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО

ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРИКАЗ

от 14 декабря 2020 г. N 781/пр

ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ИЗМЕНЕНИЯ N 1

К СП 164.1325800.2014 "УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ. ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ"

В соответствии с Правилами разработки, утверждения, опубликования, изменения и отмены сводов правил, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 1 июля 2016 г. N 624, подпунктом 5.2.9 пункта 5 Положения о Министерстве строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 18 ноября 2013 г. N 1038, пунктом 59 Плана разработки и утверждения сводов правил и актуализации ранее утвержденных строительных норм и правил, сводов правил на 2020 г., утвержденного приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 31 января 2020 г. N 50/пр (в редакции приказов Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 9 апреля 2020 г. N 197/пр, от 20 октября 2020 г. N 633/пр), приказываю:

1. Утвердить и ввести в действие через 6 месяцев со дня издания настоящего приказа прилагаемое Изменение N 1 к СП 164.1325800.2014 "Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования", утвержденному приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 8 августа 2014 г. N 452/пр.

2. Департаменту градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации:

а) в течение 15 дней со дня издания приказа направить утвержденное Изменение N 1 к СП 164.1325800.2014 "Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования" на регистрацию в федеральный орган исполнительной власти в сфере стандартизации;

б) обеспечить опубликование на официальном сайте Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации в информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" текста утвержденного Изменения N 1 к СП 164.1325800.2014 "Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования" в электронно-цифровой форме в течение 10 дней со дня регистрации свода правил федеральным органом исполнительной власти в сфере стандартизации.

Министр

И.Э.ФАЙЗУЛЛИН

СП 95.13330.2016 Бетонные и железобетонные конструкции из плотного силикатного бетона. Актуализированная редакция СНиП 2.03.02-86 стр. 12

 - согласно указаниям 6.3.6.2;

 - согласно указаниям 6.3.4.4;

_________________

* Формулы соответствуют оригиналу.

6.3.6.5 Полную кривизну на участке с трещинами в растянутой зоне следует определять по формуле

205 × 47 пикс.   &nbsp Открыть в новом окне
, (6.55) где   - кривизна от непродолжительного действия всех нагрузок, учитываемых при расчете по деформациям;  - кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;  - кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

 - кривизна, обусловленная выгибом вследствие ползучести бетона усилия предварительного обжатия и определяемая по формуле (6.56).

Значения -  ,   и   определяют по формуле (6.39), причем при определении:

 и   - расстояние e  необходимо вычислять при непродолжительном действии всех учитываемых нагрузок, а коэффициенты   и   должны отвечать непродолжительному действию нагрузки;

 - расстояние e  необходимо вычислять при действии постоянных и длительных нагрузок, а коэффициенты   и   должны отвечать продолжительному действию нагрузки.

Значение   следует определять по формуле

, (6.56) где h - расстояние от крайнего сжатого волокна бетона до усилия обжатия Р;  и   - относительные деформации ползучести бетона на уровне действия усилия обжатия Р (вычисляемое с учетом потерь по позициям 1-5 таблицы 4.2) и крайнего сжатого волокна бетона соответственно, проявляющиеся за время от обжатия бетона до нагружения элемента внешней нагрузкой и определяемые по формулам: ;  , (6.57) здесь   - принимают численно равной сумме потерь предварительного напряжения арматуры от ползучести бетона согласно позициям 6 и 9 таблицы 4.2;   - то же, для напрягаемой арматуры, если бы она имелась на уровне крайнего сжатого волокна бетона.

Если кратковременные нагрузки отсутствуют или не учитываются при определении прогибов, полную величину кривизны следует принимать равной

.

Если значения   и   оказываются отрицательными, их принимают равными нулю.

При расчете элементов с начальными трещинами в сжатой зоне полную кривизну, определенную по формуле (6.55), следует увеличивать на 15%.

6.3.7 Определение прогибов

6.3.7.1 Прогибы элементов следует определять согласно требованиям пункта 8.2.31 СП 63.13330, принимая в расчетах значение прогибов, обусловленных деформацией изгиба и сдвига, значение кривизны   согласно требованиям 6.3.5.2 и 6.3.6.3, для участков без трещин и с трещинами соответственно в растянутой зоне; при этом влияние длительной ползучести следует учесть посредством коэффициента  , определяемого согласно указаниям 6.3.4.4, а величину модуля сдвига бетона G - согласно указаниям 5.1.16.

7 Конструктивные требования

7.1 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций из силикатного бетона для обеспечения условий их изготовления, долговечности и совместной работы арматуры и бетона следует выполнять конструктивные требования, приведенные в СП 63.13330 для тяжелого бетона, а также дополнительные требования, изложенные в 7.2-7.4.

7.2 Минимальную толщину защитного слоя бетона для продольной рабочей арматуры, поперечной (хомутов и отогнутых стержней) и распределительной арматуры в конструкциях, предназначенных для эксплуатации при относительной влажности внутреннего воздуха помещений свыше 75%, или во влажной зоне (см. 4.1.3 и 4.1.5), а также в агрессивных средах, следует увеличивать на 5 мм по сравнению с требованиями СП 63.13330.

7.3 В стеновых панелях, изготовляемых из жестких бетонных смесей, необходимо предусматривать следующие дополнительные мероприятия:

- толщину защитного слоя арматуры следует принимать равной 30 мм;

- длину заделки строповочных петель необходимо увеличивать на 5d по сравнению с заделкой строповочных петель в панелях, формуемых без применения жестких смесей;

- расстояние строповочных петель до проема должно быть не менее 300 мм.

7.4 Конструктивное армирование бетонных панелей несущих стен должно быть предусмотрено двусторонним независимо от того, в какой степени использована их несущая способность, причем площадь вертикальной арматуры на 1 м длины горизонтального сечения и горизонтальной арматуры на 1 м длины вертикального сечения с каждой стороны панели следует принимать такой же, как для панелей из тяжелого цементного бетона.

7.5 Для конструктивного армирования элементов следует применять арматуру возможно меньших диаметров, но не менее 4 мм, причем при проектировании элементов, бетонируемых в горизонтальном положении, верхняя конструктивная арматура для ее сохранения в проектном положении при бетонировании должна быть снабжена связями, установленными вдоль толщины изделия не реже чем через 85 ее диаметров по длине стержней.

8 Требования к изготовлению, возведению и эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций

8.1 При изготовлении конструкций и изделий из плотного силикатного бетона следует выполнять требования [1].

8.2 Подъем конструкций следует осуществлять с помощью специальных устройств (монтажных петель и других приспособлений), предусмотренных проектом. При этом должны быть обеспечены условия подъема, исключающие разрушение, потерю устойчивости, опрокидывание, раскачивание и вращение конструкции.

8.3 Условия транспортирования, складирования и хранения конструкций должны отвечать требованиям ГОСТ 13015, стандартов и технических условий на конкретные виды изделий или указаниям, приведенным в проекте. При этом должна быть обеспечена сохранность конструкции, поверхностей бетона, выпусков арматуры и монтажных петель от повреждений.

8.4 Возведение зданий и сооружений из сборных элементов следует проводить в соответствии с проектом производства работ, в котором должны быть предусмотрены последовательность установки конструкций и мероприятия, обеспечивающие требуемую точность установки, пространственную неизменяемость конструкций в процессе их укрупнительной сборки и установки в проектное положение, устойчивость конструкций и частей здания или сооружения в процессе возведения, безопасные условия труда.

Отклонения конструкций от проектного положения не должны превышать допустимых значений, установленных СП 70.13330 для соответствующих конструкций (колонн, балок, плит) зданий и сооружений.

8.5 В процессе эксплуатации конструкции из плотного силикатного бетона следует содержать таким образом, чтобы они выполняли предусмотренное проектом назначение весь установленный срок службы здания или сооружения. Необходимо соблюдать режим эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, исключающий снижение их несущей способности, эксплуатационной пригодности и долговечности вследствие грубых нарушений нормируемых условий эксплуатации (перегрузка конструкций, несоблюдение сроков проведения планово-предупредительных ремонтов, повышение агрессивности среды и т.п.). Если в процессе эксплуатации обнаружены повреждения конструкций, которые могут вызвать снижение их безопасности и препятствовать их нормальному функционированию, следует выполнить мероприятия, предусмотренные в разделе 9.

8.6 Контроль качества сборных конструкций из плотного силикатного бетона следует выполнять в соответствии с требованиями подраздела 11.5 СП 63.13330.2012.

9 Требования к восстановлению и усилению железобетонных конструкций

9.1 При восстановлении конструкций из плотного силикатного бетона следует выполнять требования, приведенные в пунктах 12.1, 12.2, 12.3.1, 12.3.2, 12.3.4-12.3.7 СП 63.13330.2012.

При выполнении поверочных расчетов расчетные значения характеристик бетона принимают по таблице 5.5 в зависимости от класса бетона, указанного в проекте, или условного класса бетона, определяемого с помощью переводных коэффициентов, обеспечивающих эквивалентную прочность по фактической средней прочности бетона, полученной по результатам контроля прочности бетона.

9.2 При усилении конструкций из плотного силикатного бетона следует выполнять требования, приведенные в пунктах 12.4.1, 12.4.3, 12.4.4 СП 63.13330.2012.

При усилении железобетонных конструкций следует учитывать несущую способность как элементов усиления, так и усиливаемой конструкции. Для этого должны быть обеспечены включение в работу элементов усиления и их совместная работа с усиливаемой конструкцией. Для сильно поврежденных конструкций (при разрушении 50% и более сечения бетона или 50% и более площади сечения рабочей арматуры) элементы усиления следует рассчитывать на полную действующую нагрузку, при этом несущую способность усиливаемой конструкции в расчете не учитывают.

Проектирование усиления • Технологии усиления строительных конструкций

Проект усиления конструкций является одним из этапов проектно-изыскательских работ по объекту реконструкции или строительства. Выполнение работ по усилению конструкций, их ремонту и восстановлению возможно только на основании качественной проектной (технической) документации. Такая документация должна содержать не только основные технические решения в объеме “стадии П”, но и детальную проработку, позволяющую подрядчику выполнить необходимые работы с соблюдением всех требования, предъявляемых к работам по усилению, таких как:

  1. Предварительные мероприятия по разгрузке конструкций и обеспечению их устойчивости на период проведения работ
  2. Очередность выполнения работ в здании по участкам и отметкам
  3. Необходимые демонтажные работы и подготовка поверхности
  4. Порядок производства работ, последовательность операций
  5. Мероприятия по уходу за материалами
  6. Решения по защите материалов усиления от коррозии и огня
  7. Методы проверки и контроля качества производства работ, необходимые лабораторные испытания.
Проектирование усиления

Основанием для выполнения рабочего проекта усиления, как правило, служат данные технического обследования здания или его отдельных конструкций. На стадии обследования определяют свойства материалов существующих элементов (бетона, арматуры, стальных конструкций, кирпичной кладки), их геометрические размеры, выявляют дефекты и повреждения. Чем более подробная информация будет собрана, тем лучше проектировщик сможет проработать технические решения. На основании этих данных проектирование усиления выполняется в следующем порядке:

  1. Проведение поверочных расчетов на основании проектных нагрузок
  2. Определение участков с недостаточной несущей способностью
  3. Подбор способа усиления и метода производства работ, применимого для конкретного объекта
  4. Расчет усиленной конструкции по первой и второй группам предельных состояний
  5. Выполнение рабочих чертежей по усилению с узлами, деталями, спецификациями и ведомостями работ и материалов
  6. Разработка технологии производства работ
  7. Выполнение дополнительных разделов документации по требованию заказчика: сметная документация, проект производства работ и т.п.
Детальные узлы усиления

В зависимости от сложности задач, для проектирования усиления могут использоваться программные расчетные комплексы (МКЭ) и инженерные калькуляторы. При необходимости, разработка может вестись в BIM-модели. Техническая документация оформляется в графическом CAD-редакторе и передается заказчику в электронных и бумажных экземплярах.

При проектировании обязательно должны соблюдаться требования строительных норм и правил:

  1. ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»
  2. СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений»
  3. Федеральный закон от 30.12.2009 №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»
  4. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования
Схема композитных лент

Зачастую решения по усилению конструкций не в полной мере позволяют реализовать требования строительных норм. В этом случае для подтверждения эффективности выбранной методики производится экспертиза в профильном научно-техническом институте и, при необходимости, выполняются испытания моделей усиленных конструкций. По результату таких научно-технических работ составляется заключение, являющееся основанием для выполнения усиления на объекте.
Заключительным этапом проектно-изыскательских работ могут быть натурные испытания усиленных конструкций на объекте. Требование о проведение данных работ и методика испытаний с контролируемыми параметрами должны содержаться в составе проектной документации.

Компания “Технологии усиления” предлагает услуги по проектированию усиления строительных конструкций. Инженеры компании выезжают на объект, осуществляют предварительный расчет и готовят проектную документацию.

Для получения бесплатной консультации и вызова специалиста на объект для оценки работ обращайтесь:

12 Требования к восстановлению и усилению железобетонных конструкций

12.1 Общие положения

Восстановление и усиление железобетонных конструкций следует производить на основе результатов их натурного обследования, поверочного расчета, расчета и конструирования усиливаемых конструкций.

12.2 Натурные обследования конструкций

Путем натурных обследований в зависимости от конкретной задачи должны быть установлены: состояние конструкции, геометрические размеры конструкций, армирование конструкций, прочность бетона, вид и класс арматуры и ее состояние, прогибы конструкций, ширина раскрытия трещин, их длина и расположение, размеры и характер дефектов и повреждений, нагрузки, статическая схема конструкций.

12.3 Поверочные расчеты конструкций

12.3.1 Поверочные расчеты существующих конструкций следует производить при изменении действующих на них нагрузок, условий эксплуатации и объемно-планировочных решений, а также при обнаружении серьезных дефектов и повреждений в конструкциях.

На основе поверочных расчетов устанавливают пригодность конструкций к эксплуатации, необходимость их усиления, необходимость эксплуатационной нагрузки или полную непригодность конструкций.

12.3.2 Поверочные расчеты необходимо производить на основе проектных материалов, данных по изготовлению и возведению конструкций, а также результатов натурных обследований.

Расчетные схемы при проведении поверочных расчетов следует принимать с учетом установленных фактических геометрических размеров, фактического соединения и взаимодействия конструкций и элементов конструкций, выявленных отклонений при монтаже.

12.3.3 Поверочные расчеты следует производить по несущей способности, деформациям и трещиностойкости. Допускается не производить поверочные расчеты по эксплуатационной пригодности, если перемещения и ширина раскрытия трещин в существующих конструкциях при максимальных фактических нагрузках не превосходят допустимых значений, а усилия в сечениях элементов от возможных нагрузок не превышают значений усилий от фактически действующих нагрузок.

12.3.4 Расчетные значения характеристик бетона принимают по таблице 6.8 в зависимости от класса бетона, указанного в проекте, или условного класса бетона, определяемого с помощью переводных коэффициентов, обеспечивающих эквивалентную прочность по фактической средней прочности бетона, полученной по испытаниям бетона методами неразрушающего контроля или по испытаниям отобранных из конструкции образцов.

12.3.5 Расчетные значения характеристик арматуры принимают по таблице 6.8 в зависимости от класса арматуры, указанного в проекте, или условного класса арматуры, определяемого с помощью переводных коэффициентов, обеспечивающих эквивалентную прочность по фактическим значениям средней прочности арматуры, полученной по данным испытаний образцов арматуры, отобранных из обследуемых конструкций.

При отсутствии проектных данных и невозможности отбора образцов допускается класс арматуры устанавливать по виду профиля арматуры, а расчетные сопротивления принимать на 20 % ниже соответствующих значений действующих нормативных документов, отвечающих данному классу.

12.3.6 При проведении поверочных расчетов должны быть учтены дефекты и повреждения конструкции, выявленные в процессе натурных обследований: снижение прочности, местные повреждения или разрушения бетона; обрыв арматуры, коррозия арматуры, нарушение анкеровки и сцепления арматуры с бетоном; опасное образование и раскрытие трещин; конструктивные отклонения от проекта в отдельных элементах конструкции и их соединениях.

12.3.7 Конструкции, не удовлетворяющие требованиям поверочных расчетов по несущей способности и эксплуатационной пригодности, подлежат усилению либо для них должна быть снижена эксплуатационная нагрузка.

Для конструкций, не удовлетворяющих требованиям поверочных расчетов по эксплуатационной пригодности, допускается не предусматривать усиления либо снижения нагрузки, если фактические прогибы превышают допустимые значения, но не препятствуют нормальной эксплуатации, а так же если фактическое раскрытие трещин превышает допустимые значения, но не создает опасности разрушения.

Дефекты железобетонных конструкций: причины и виды дефектов

Безопасность и надежность зданий и сооружений напрямую зависит от их технического состояния. Но выполненные из бетона или железобетона конструктивные элементы строительных объектов в процессе эксплуатации подвергаются разнообразным негативным воздействиям, в результате чего образуются дефекты и повреждения железобетонных конструкций.

Почему в ЖБИ образуются дефекты

Существует множество разных причин, по которых возникают дефекты бетонных конструкций. К наиболее распространенным относят:

  • допущенные в процессе проектирования ошибки, состоящие в неправильном определении воздействующих нагрузок, неточностях при создании узлов сопряжения, потери прочности из-за малого количества связующих компонентов, некачественному исследованию и оценке грунтов основания;
  • применение некачественных материалов: недостаточная морозостойкость раствора, плохой обжиг кирпича или искривление его граней, отклонение от проекта и использование цемента низших марок раствора при приготовлении раствора;
  • низкое качество строительных работ: несоблюдение горизонтальности, отклонение от вертикали столбов и несущих стен, нарушение правил перевязки швов и их толщины, выполнение кладки при слишком низких температурах;
  • неравномерность осадки оснований под столбами и фундаментами вследствие неправильно проведенных строительных и земляных работ;
  • выполнение отверстий и штраб в ходе строительства, что заметно уменьшает сечение конструктивных элементов.

Каждый из этих факторов или даже несколько в совокупности могут спровоцировать дефекты монолитных железобетонных конструкций. Чтобы предотвратить дальнейшее разрушение объектов из железобетона следует как можно скорее устранить выявленные повреждения и таким образом избежать капитального ремонта.

Какие бывают дефекты, основные виды

Качество и прочность строительных объектов определяется по итогам обследований технического состояния зданий и сооружений, проводимого в соответствии требований СНиП 2.03.01-84.

Выявленные в процессе обследований повреждения по степени важности и опасности разделяют на три группы:

  • дефекты, которые не уменьшают долговечности конструкций, не понижают прочностные характеристики. К данной группе относят поверхностные пустоты, раковины, сколы, при которых не произошло оголение арматуры, трещины, раскрытие которых не превышает 0,2 мм. Срочные действия по устранению таких дефектов не требуются. Важно только остановить расширение мелких трещин и предотвратить появление новых;
  • дефекты, ухудшающие эксплуатационные характеристики и срок службы изделий. Это трещины на участке рабочей арматуры, раскрытие которых больше 0,1 мм, сколы бетона с оголением арматуры, коррозионные трещины толщиной от 0,2 мм и больше и другие нарушения. В случае обнаружения принадлежащих ко второй группе повреждений приостановить дальнейшее разрушение поможет усиление железобетонных и каменных конструкций СП посредством проведения ремонтных работ;
  • дефекты, появление которых существенно ухудшает несущие способности выполненных из ЖБИ конструкций. Сюда относят значительные повреждения защитного слоя, большие пустоты и раковины в бетоне, трещины наклонные в стенах балок и горизонтальные в пролетных строениях или в сопряжении плиты. В зависимости от типа и сложности выявленного повреждения для восстановления несущей способности проводят ремонт по предварительно выполненным поверочным расчетам.

Рассматривая все существующие характерные дефекты сооружений из железобетона, наиболее опасными и часто встречающимися считаются трещин. В зависимости от степени тяжести, причины возникновения и других факторов существует определенная классификация трещин в железобетонных конструкциях.

Какими бывают трещины

Дефекты железобетонных плит перекрытия или других конструктивных элементов, проявляющиеся в виде трещин, классифицируются по нескольким признакам.

По причине возникновения трещины образуются:

  • вследствие превышения допустимых нагрузок на конструкцию при ее эксплуатации;
  • из-за неправильного складирования изделий, их перевозки и монтажных работ;
  • при использовании предварительно напряженной арматуры при обжатии бетона;
  • в результате усадки или плохого уплотнения;
  • при образовании коррозионных процессов на используемой арматуре.

Выделяют две подгруппы трещин в зависимости от времени их возникновения:

  • появившиеся еще до начала эксплуатации конструкций трещины. К ним принадлежат усадочные, возникшие из-за несоблюдения технологии затвердевания бетона и технологичные – образованные при несоблюдении условий и правил транспортирования, складирования и монтажа;
  • образовавшиеся в ходе эксплуатации объектов. Выделяют следующие виды дефектов бетонной поверхности: появившиеся вследствие отсутствия или неточного создания деформационных швов; спровоцированные неравномерным проседанием грунта в связи с проведением вблизи земляных или других работ, или же чрезмерным замачиванием грунтовыми водами, прохождении автомагистралей рядом с объектом; вызванные превышающими расчетные показатели силовыми воздействиями.

Кроме этого различают дефекты сборных железобетонных конструкций и целостных, а также группируют повреждения по типу элементов, в которых они возникают.

Трещины в изгибаемых элементах

Образующиеся в изгибаемых частях строительной конструкции трещины разделяются на:

  • нормальные, направленные под прямым углом к продольной оси. Максимальной ширины они достигают в крайних растянутых волокнах, входящих в площадь сечения;
  • расположенные под наклоном к продольной оси, возникшие в месте изгибающих или перерезывающих моментов. Раскрытие таких трещин начинается уже от середины боковых и направляется в сторону растянутых граней.

Обычно при образовании трещин в изгибаемых элементах увеличиваются углы поворота, что повышает выраженность и прогибов. Если по ширине трещина выше 0,5 мм и при этом сами прогибы занимают больше чем 1/50 всего расстояния пролета, то они считаются аварийными.

В таблице ниже приведены предельно допустимые значения прогибов для железобетонных конструкций.

Элементы конструкций Предельно допустимые прогибы
1. Подкрановые балки при кранах:
ручных l/500
электрических l/600
2. Перекрытия с плоским потолком и элементы покрытия (кроме указанных в поз. 4) при пролетах, м:
l < 6 l/200
6 £ l £ 7,5 3 см
l > 7,5 l/250
3. Перекрытия с ребристым потолком и элементы лестниц при пролетах, м:
l < 5 l/200
5 £ l £ 10 2,5 см
l > 10 l/400
4. Элементы покрытий сельскохозяйственных зданий производственного назначения при пролетах, м:
l < 6 l/150
6 £ l £ 10 4 см
l > 10 l/250
5. Навесные стеновые панели (при расчете из плоскости) при пролетах, м:
l < 6 l/200
6 £ l £ 7,5 3 см
l > 7,5 l/250

Обозначение, принятое в табл. 3: l — пролет балок или плит; для консолей принимается значение l, равное удвоенному вылету консоли.

Примечание. При действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок прогиб балок и плит не должен превышать l/150 пролета и l/75 вылета консоли. Предельно допустимые прогибы по поз. 1 и 5 обусловлены технологическими и конструктивными, а по поз. 2-4 — эстетическими требованиями.

Трещины в предварительно напряженных балках

Армированные арматурой с повышенной прочностью балки соответствуют всем требованиям трещиностойкости. Если в таких конструкциях выявлены трещины, то это указывает на существенные технологические недоработки или на значительные перегрузки.

В таких случаях существуют высокие риски аварии и дефекты требуют немедленного устранения.

Трещины в сжатых элементах

Если по направлению расположенной внутри конструкции арматуры образовались продольные трещины, то это напрямую говорит о потере устойчивости сжатой арматуры. Вследствие понижаются несущие возможности и технические характеристики, что в итоге приводит к аварийному состоянию.

Трещины в плитах перекрытия

Возникающие в плитах дефекты бывают:

  • расположенные в поперечном направлении в отношении к рабочему пролету по центру плиты, которые больше всего раскрываются на нижнем ее участке;
  • в опорных местах, которые в верхней части плиты достигают максимального расширения;
  • концевые и радиальные. В данном случае возможно отпадение защитного слоя, что влечет за собой разрушение бетона;
  • вдоль арматуры по нижнему участку стены.

Дефекты могут возникать и в других конструктивных элементах. Для выявления повреждений проводится специальное обследование строительных объектов. По результатам обследований составляется заключение с указанием вида дефектов и причины их образования.

Выявление и устранение дефектов железобетонных конструкций

Своевременное обнаружение и устранение дефектов позволяет предотвратить развитие трещин и других повреждений и продлить срок эксплуатации сооружения без предварительного капитального ремонта.

Одним из распространенных видов выявления повреждений в железобетонных конструкциях считается неразрушающий контроль дефектов бетона. Он позволяет с точностью установить размеры и степень тяжести повреждений.

Для восстановления конструкций используют разные методы устранения дефектов: инъектирование, цементирование, заделка глубоких раковин и пустот, обетонирование и торкретирование поверхности и другие.

Подробно и точно правила как проводить ремонт и устранение дефектов железобетонных конструкций ГОСТ 31384 описывает и до мельчайших подробностей регламентирует технологии проведения восстановительных и защитных работ.

Совместное предприятие консультантов NEHRP


Проектов: Задание 25


Использование высокопрочной арматуры на изгиб в железобетонном сейсмическом проектировании

РЕЗЮМЕ

Отчет ATC-57, Недостаток: улучшение сейсмического проектирования и практики строительства (ATC, 2003), в котором определяется дорожная карта для ориентированной на проблемы программы исследований и разработок NIST в области сейсмической инженерии, рекомендовано, чтобы NIST исследовал новые технологии, которые может повысить производительность строительства.Одно из уже используемых усовершенствований - это высокопроизводительный бетон (HPC), который можно использовать для уменьшения размеров стержней, статических нагрузок и затрат на строительство, что привело к повышению производительности и конкурентоспособности железобетонных конструкций, особенно - и многоэтажные дома. К сожалению, уменьшение размеров стержней может создать проблемы с перегрузкой арматурной стали, особенно в регионах с высокой сейсмичностью. Потенциальное использование высокопрочных арматурных стержней вместе с HPC предлагает возможное решение этой проблемы, наряду с дополнительным преимуществом повышения эффективности строительства за счет более низких затрат на материалы и рабочую силу.

Номинальный предел текучести 100 тысяч фунтов на квадратный дюйм, что значительно превышает традиционный предел 60 тысяч фунтов на квадратный дюйм, доступен для широко используемых стержней ASTM A615 и A706, а также для более новых стержней, устойчивых к коррозии из хромистой стали A1035. Важный вопрос - как поведут себя железобетонные конструкции при армировании высокопрочным стержнем. Почти во всех исследованиях, проведенных за последние четыре десятилетия, для армирования использовались стандартные арматурные стержни класса 60. Применение высокопрочных стальных деформированных стержней только сейчас изучается, в основном производителями, и на ограниченной основе.Основные вопросы поведения и пробелы в знаниях, которые присутствуют при рассмотрении использования этих стержней с более высоким пределом текучести, должны быть выявлены и устранены.

Основная цель данного задания - выполнить работы, необходимые для изучения и выработки рекомендаций по использованию арматурных стержней из высокопрочной стали в бетонных конструкциях, подверженных землетрясениям. В ходе работы будет исследована потенциальная экономия затрат и времени на строительство, а также будет проанализирована имеющаяся в литературе информация о потенциальной разнице в поведении.

Работа, которая должна выполняться в рамках данного задания, включает: (1) управление проектом и надзор, включая отбор и подтверждение ключевого персонала проекта; (2) подготовка рабочего плана проекта и отчетов о ходе работ; (3) обновление описания проекта NIST; (4) определение существующих знаний и потребностей в исследованиях; (5) применение для построения прототипов; (6) проведение ограниченной программы лабораторных исследований; (7) разработка рекомендуемых изменений кода; (8) подготовка отчета по проекту; и (9) презентация личных обзоров прогресса в офисах NIST в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, и в офисах УВД в Редвуд-Сити, Калифорния.


Директор проекта: Лаура Самант, Директор по развитию бизнеса ATC, Арлингтон, Вирджиния

Члены Технического комитета проекта:

• Доминик Келли (директор проекта, председатель), Simpson Gumpertz & Heger, Уолтем, Массачусетс

• Cary Kopczynski, Cary Kopczynski & Co., Bellevue, WA

• Андрес Лепаж, Государственный университет Пенсильвании, Юниверсити-Парк, Пенсильвания

• Дэвид Мар, Типпинг + Мар, Беркли, Калифорния

• Хосе Рестрепо, Калифорнийский университет, Сан-Диего, Калифорния

• Джозеф К.Сандерс, Charles Pankow Builders, Ltd., Пасадена, Калифорния

Группа экспертов по проекту Члены:

• Тони Годси, Englekirk & Sabol Consulting Structural Engineers, Санта-Ана, Калифорния

• Джеймс Джирса, Техасский университет в Остине, Техас

• Конрад Полсон, Висс, Дженни, Elstner Associates, Inc., Чикаго, Иллинойс

• Мете Созен, Университет Пердью, Западный Лафайет, IN

• Лоринг А.Вилли. Младший, Degenkolb Engineers, Сан-Франциско, Калифорния

Защитный слой бетона к арматуре

Требования к бетонному защитному слою для защиты арматуры приведены в п. 3.5 и п. 10.3 СП 63.13330.2012 (СП ​​63.13330.2018) [Российские строительные нормы] Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.

Защитный слой бетона - это толщина слоя бетона от торца элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня.

Зачем нужен защитный слой бетона:

  • обеспечение совместной работы арматуры с бетоном;
  • обеспечение возможности стыка арматурных элементов и анкеровки арматуры в бетоне;
  • безопасность арматуры от воздействий окружающей среды, в том числе агрессивных воздействий;
  • обеспечение огнестойкости конструкций.

Согласно п. 10.3.2 и таблице 10.1 (СП 63.13330.2012, СП 63.13330.2018) толщина минимального защитного слоя бетона должна быть:

  • В помещениях с нормальной и низкой влажностью не менее 20 мм.
  • В помещениях с повышенной влажностью (при отсутствии дополнительных мер защиты) не менее 25 мм.
  • На открытом воздухе (при отсутствии дополнительных мер защиты) не менее 30 мм.
  • В земле (при отсутствии дополнительных мер защиты), в фундаментах при наличии бетонной подготовки не менее 40 мм.

Важные примечания!

1. Толщина защитного слоя бетона должна приниматься не менее диаметра стержня арматуры и не менее 10 мм.

2. Для конструкционной арматуры (не рабочей) допускается уменьшение толщины защитного слоя бетона на 5 мм (по сравнению с требуемой для рабочей арматуры).

3. Для сборных элементов (сборные плиты перекрытия и перекрытия, балки и т. Д.) Толщина защитного бетонного слоя рабочей арматуры уменьшается на 5 мм.

4. В однослойных конструкциях из ячеистого бетона толщина защитного слоя во всех случаях принимается не менее 25 мм.

5. В однослойных конструкциях из легкого и пористого бетона классов В7.5 и ниже толщина защитного слоя должна быть не менее 20 мм, а для наружных стеновых панелей (без фактурного слоя) не менее 25 мм. .

6. Толщина защитного слоя бетона на концах предварительно напряженных элементов по длине зоны передачи напряжений должна быть не менее 3d, не менее 40 мм для стержневой арматуры и не менее 20 мм для арматурных канатов.

7.Допускается принимать защитный слой бетона секции на опоре для предварительно напряженной арматуры с анкерами и без анкеров так же, как для секции в пролете для предварительно напряженных элементов с сосредоточенной передачей опорных сил при наличии стальной опорной части и непрямое армирование (сварные поперечные решетки или зажимы продольной арматуры покрытия).

8. В элементах с натянутой продольной арматурой, натянутой на бетон и расположенных в каналах, расстояние от поверхности элемента до поверхности канала должно приниматься не менее 40 мм и не менее ширины (диаметра) канала, и к боковым граням не менее половины высоты (диаметра) канала.

9. При расположении предварительно напряженной арматуры в пазах или вне сечения элемента толщину защитного слоя бетона, образованного последующим торкретбетоном или иным способом, следует принимать не менее 20 мм.

Бетон, армированный волокнами: волшебная смесь

Что такое фибробетон и как инженеры-железнодорожники могут извлечь выгоду из его уникальных свойств? Объясняет Бернар Берже, инженер-специалист по продукции, подразделение волокна Maccaferri.

Крупные инфраструктурные проекты по всему миру потребляют огромное количество бетона, в основном армированного. По мере роста потребления в последние годы росло и использование стальной фибры в качестве альтернативы традиционной арматуре арматуры. Рост произошел как в чистом объеме потребляемого бетона, так и в разнообразии применений, в которых используется фибробетон (FRC).

В первые годы своего развития бетон, армированный стальной фиброй, в основном использовался в двух основных областях: армирование временных покрытий туннелей из распыляемого бетона и промышленное мощение в портах, аэропортах и ​​промышленных полах.Благодаря последним достижениям в технологии армирования волокном, использование FRC быстро распространилось на новые, инновационные применения, такие как сборные сегментные конструкции туннелей и другие виды использования конструкционного бетона.

Что такое фибробетон?

FRC представляет собой смесь, состоящую из цементирующей бетонной смеси, в которую замешаны армирующие волокна - в данном случае небольшие стальные волокна размером с канцелярскую скрепку.

Что на самом деле делают волокна?

Множественные стальные волокна перераспределяют силы в бетоне, ограничивая механизм образования и расширения трещин.В результате получается более пластичный бетон, способный сохранять остаточную способность на этапе после растрескивания. Стальные волокна в бетоне буквально «сшивают» стороны образующейся трещины.

Композиты, армированные волокном - происхождение вида

Принципы создания композитов, армированных волокном, далеко не новы, и история показывает, что эта концепция была создана более 2000 лет назад в Древнем Египте из глиняных кирпичей, армированных соломенными волокнами.Перенесемся в более позднее время, и мы рассмотрим области применения асбестофиброцемента, широко использовавшегося в 20-м веке, и продолжились с очень сложными материалами на основе углеродного волокна в аэрокосмической и специальной автомобильной промышленности.

В 1960-х годах исследования американских ученых-промышленников, Ромуальди, Манделя и других, заложили теоретические и экспериментальные основы для разработки стальной фибры как среды для железобетона.

В 1973 году Battelle Development Corporation из Колумбуса, Огайо (США) запатентовала принципы стального фибробетона, создав, по сути, совершенно новый материал для инженеров-строителей.

Battelle зарегистрировала патенты по всему миру, а также зарегистрировала WIRAND в качестве товарного знака для армирующих волокон из стальной проволоки. Через одну из своих дочерних компаний Maccaferri Group стала лицензиатом патентов и получила право использовать товарный знак WIRAND.

Последующие исследования в итальянской цементной промышленности и Университете Болоньи привели к дальнейшему улучшению характеристик бетона за счет использования волокон улучшенной формы, обеспечивающих лучшую механическую прочность и / или удобоукладываемость.Позже, в 1980-х годах, был разработан автоматизированный процесс, который позволил наносить предварительно смешанный и смешанный на месте FRC распылением. Наряду с этим расширяется использование волокон в производстве сборных железобетонных изделий, особенно для таких компонентов, как сегменты облицовки туннелей.

Сталь против армирования полимерными волокнами

Полимерные волокна, которые тоньше человеческого волоса, также подходят в качестве средней арматуры для бетона и часто используются в сочетании со стальными волокнами для обеспечения значительно повышенной огнестойкости.Эти полимерные волокна плавятся при воздействии сильного тепла, оставляя в бетоне множество микроскопических трубок, в которые может испаряться скрытая влага. В противном случае эта влага могла бы вызвать взрывное растрескивание бетона, так как ей некуда было бы расширяться внутри бетонной матрицы.

Неметаллический состав бетона, армированного полимерным волокном, также имеет преимущества в тех случаях, когда использование черных металлов было бы нецелесообразным из-за их электромагнитных свойств.

FRC в реальном мире

В Испании при строительстве 43-километрового участка метро Барселоны широко использовались сборные сегменты обделки туннелей, включающие стальные армирующие волокна.

Здесь совместное предприятие Construction Consortia, UTE Gorg, UTE Linea и UTE Aeroport использовали устройство для выравнивания давления грунта, туннельно-буровую машину (TBM) для рытья туннелей, при этом сегменты сборной футеровки размещались кольцо за кольцом позади машины с помощью роботизированного манипулятора.

Сегменты туннельного кольца

FRC были отлиты за пределами строительной площадки с использованием оригинальной конструкции для сборных элементов, требующих 120 кг традиционной сборной стальной арматуры на кубический метр бетона для обеспечения необходимой прочности конструкции. В то время армирование волокном не рассматривалось.

Впоследствии было сделано первоначальное предложение 30 кг / куб.м стальных армирующих волокон Maccaferri Wirand в попытке уменьшить количество стального стержня в сегментах. Благодаря постоянным испытаниям количество стальной арматуры было постепенно уменьшено, и окончательная оптимизированная комбинация из 25 кг волокон Wirand и 60 кг / м³ стальной арматуры дала требуемые структурные характеристики.

Эта проектная спецификация дала силу для обеспечения адекватных характеристик при размещении сегментов и на начальном этапе эксплуатации туннеля. Прочность на сжатие в раннем возрасте также требовалась для обеспечения достаточной трещиностойкости на этапах извлечения из формы, штабелирования и обработки на месте.

Армирующие волокна были добавлены в бетонную смесь с помощью специального дозирующего оборудования, чтобы обеспечить контролируемое введение и равномерное диспергирование волокон.

Армирование только волокном

Через несколько месяцев после начала программы строительства туннеля подрядчики предложили альтернативный метод заливки сегментов футеровки, на этот раз без включения какой-либо арматуры стального каркаса и полагаясь исключительно на армирование стальным волокном для структурной целостности блока.

Высокая стоимость армирования стального каркаса и сокращение времени разливки / повышение коэффициента использования кристаллизатора являются основными мотивами. Несмотря на успешные испытания, в конечном итоге было решено, что использование сегментов из армированного только волокном бетона является слишком большим технологическим шагом для команды проекта, поскольку содержание арматуры уже снизилось с 120 кг / куб. М до 60 кг / куб. М за счет использования волокон.

Законодательство о противопожарной защите

Недавно введенное в действие испанское законодательство, касающееся противопожарной защиты туннелей, обязывает подрядчиков включать полимерные армирующие волокна в сегменты сборной футеровки. Помимо стальных материалов, Maccaferri также поставила для этого проекта полимерные волокна Fibromac FR.

По завершении работ ожидается, что компания поставит около 20 000 тонн стальных и полимерных армирующих волокон для проекта строительства метро Барселоны.

Заключение

Последствия испытаний метро Барселоны могут стать предзнаменованием для будущего проектирования и строительства туннелей. Благодаря готовой проектной команде, состоящей из подрядчиков, дизайнеров, поставщиков материалов и исследований, стало возможным снижение затрат и повышение производительности.

В связи с лондонским Crossrail, следующим крупным проектом туннельной инфраструктуры в Европе, на горизонте возникает вопрос: будет ли команда проекта столь же новаторской, как в Испании, и будет ли она работать в сегменте цельностальфибробетона?

CRSI: Экономика строительства

Достижение общей экономии в железобетонном проекте может быть достигнуто путем учета затрат, связанных с опалубкой, бетоном и арматурной сталью, которые являются тремя основными составляющими затрат в любом проекте.Хотя следующие экономические руководящие принципы эффективны, они не претендуют на исчерпывающий характер; другие возможности экономии могут быть доступны в зависимости от проекта.


Затраты на опалубку в среднем составляют примерно 50 процентов от стоимости готового проекта. По этой причине важно учитывать следующие рекомендации в начале любого проекта.

Выберите одну систему каркаса и используйте ее по всей конструкции везде, где это возможно. Было показано, что использование одной и той же системы обрамления как можно чаще во всей конструкции приводит к значительной экономии затрат.Формы используются многократно, и бригаде легче устанавливать формы, что снижает затраты на рабочую силу.

Используйте стандартные фасонные формы. Формование прямолинейных элементов является наиболее экономичным. По возможности избегайте форм, которые должны быть изготовлены поставщиком форм или настроены плотниками на месте.

По возможности используйте модульную опалубку. Модульная опалубка может использоваться в специальных приложениях, например, в шахтах скользящей формы для лифтов и лестниц, а также в криволинейных наружных стенах.Стоимость использования этого типа опалубки обычно может быть оправдана, если ее можно многократно использовать в проекте.

Используйте системы каркаса пола минимальной глубины с постоянной высотой нижней поверхности системы. Обеспечение минимальной глубины на основе предписанных кодексом требований к удобству эксплуатации приведет к минимальной высоте от пола до этажа и, таким образом, к общему уменьшению высоты здания. Уменьшение общей высоты приводит к снижению затрат, связанных практически со всеми вертикальными трассами в здании (фасад; лифты; лестницы; внутренние перегородки; а также водопроводные, электрические и механические трубопроводы и воздуховоды).Нижняя сторона железобетонного пола или крыши должна быть ровной для максимальной экономии.

Ориентируйте односторонние элементы конструкции так, чтобы они простирались в одном направлении по всей конструкции. Конструкции с односторонними элементами, ориентированными в одном направлении по всей конструкции, как правило, строятся более эффективно, чем конструкции, в которых используется несколько направлений обрамления. Эта эффективность объясняется меньшим количеством путаницы и меньшим количеством ошибок, сделанных в полевых условиях, благодаря общей регулярности структуры.

Расположите столбцы в правильном порядке. Колонны должны быть расположены равномерно по всему этажу конструкции, если это возможно, поскольку это помогает добиться единообразия в расположении опалубки и армирования всех элементов конструкции. Установка опалубки является повторяющейся и эффективной, и ее можно легко использовать повторно; эта эффективность распространяется на все аспекты, связанные с арматурными стержнями.

Используйте столбец постоянного размера. В малоэтажных зданиях следует использовать колонны одного и того же размера по всей высоте здания, равно как и прочность бетона на сжатие. Количество арматурных стержней может меняться по высоте по мере необходимости. В более высоких конструкциях размер колонны может изменяться по высоте вместе с прочностью бетона на сжатие. Количество изменений обычно зависит от высоты здания, но должно быть сведено к минимальному практическому количеству.

Укажите время, когда формы могут быть удалены для самонесущих элементов, и прочность, когда формы могут быть удалены для других элементов. Опалубки для колонн и стен можно снимать в зависимости от времени, прошедшего после укладки бетона (например, 12 часов). Для балок и плит формы могут быть сняты после достижения определенного процента прочности бетона на сжатие (например, 75% указанной 28-дневной прочности на сжатие). Соответствующие спецификации снятия изоляции минимизируют необходимое количество опалубки и приведут к снижению затрат на опалубку.

Использовать бетон высокой ранней прочности. Использование бетона высокой ранней прочности позволяет снимать опалубку раньше, чем обычный бетон.Более быстрое время цикла может позволить сократить общее время строительства, что приводит к значительной общей экономии затрат.

Используйте заранее определенные строительные швы. Местоположение строительных швов должно быть прерогативой подрядчика с участием инженера-регистратора, где это необходимо. Правильно расположенные строительные швы позволят подрядчику эффективно планировать укладку бетона.


Арматурная сталь

Затраты на монтаж стальной арматуры составляют примерно 20% от стоимости готовой конструкции.Следующие ниже рекомендации представляют собой проверенные временем способы достижения экономии при арматуре.

Используйте арматурные стержни класса 60. ASTM A615 Grade 60 стержни являются наиболее широко используемыми и зарегистрированными арматурными стержнями и используются во многих областях. Преимущества использования арматурных стержней с пределом текучести более 60000 фунтов на квадратный дюйм обычно реализуются в высотных зданиях, где высокопрочные стержни используются в колоннах, в основном на нижних уровнях.

Используйте стержень самого большого размера. Затраты на размещение и изготовление сводятся к минимуму за счет использования стержней самых больших практических размеров, которые удовлетворяют требованиям как прочности, так и удобства обслуживания.

По возможности используйте прямые стержни. Изготовление и установка прямых стержней быстрее и проще, чем гнутых стержней.

Используйте стандартные типы гибки стержней ACI. Укажите стандартные формы стержней и изгибы. Нестандартные изгибы нарушают распорядок работы магазина и требуют больших затрат на изготовление.

Используйте стержни в одной плоскости. По возможности, арматурные стержни должны иметь сгибы, расположенные в одной геометрической плоскости. Стержни с изгибами в двух-трех плоскостях сложно и дорого изготовить.

Используйте стержни повторяющихся размеров и длины. Стандартная длина арматурных стержней составляет 60 футов. Для снижения затрат на изготовление и размещение следует использовать стержни максимальной длины из имеющихся. Количество размеров стержней, указанных в конкретном проекте, должно быть минимизировано; это уменьшает количество форматов, которые необходимо обрабатывать в магазине и размещать в поле.

Используйте стержни стандартной длины. В случае стен и перекрытий неправильной формы, как правило, более рентабельно использовать стержни стандартной длины, которые разрезаются и соединяются в полевых условиях, вместо использования отдельных стержней, изготовленных до необходимой длины. Дополнительные затраты, связанные с дополнительным материалом, используемым из-за переменной длины нахлеста, обычно незначительны и более чем компенсируются экономией из-за сокращения трудозатрат, которые в противном случае потребовались бы для резки и сортировки отдельных стержней.

Используйте соответствующий стык для данной ситуации. По возможности, стержни должны стыковаться внахлест, и для данного размера стержней должна быть указана постоянная длина стыка внахлест. Если возникает перегрузка, используйте механические соединения.

Обеспечьте зазор между стержнями от 4 до 6 дюймов. Бетон с осадкой 4 дюйма с заполнителем ¾ дюйма не будет легко проходить через 2-дюймовое пространство между стержнями. Вибрационные головки, которые обычно имеют ширину от 2 до 3 дюймов, могут не помещаться между стержнями или могут запутаться в стержнях, если расстояние между стержнями слишком мало.

Нарисуйте детали в масштабе, чтобы арматурные стержни поместились в разрезе. Масштабные чертежи, на которых показана вся арматура, необходимы, особенно в узких балках, перекрытиях с несколькими проемами, соединениях плита-колонна и балка-колонна, а также колоннах с продольной арматурой более 2%. При рисовании деталей в масштабе важно учитывать общие размеры арматурных стержней, а также размеры крюков и радиусы изгиба.


Затраты на место, связанные с бетоном, составляют около 30 процентов.Конкретные затраты можно снизить, если учесть следующие рекомендации.

Используйте бетон средней прочности для напольных и кровельных систем. Бетон с прочностью на сжатие от 4 000 до 5 000 фунтов на квадратный дюйм обычно достаточен для традиционных армированных систем перекрытий и крыш. В малоэтажных зданиях, как правило, достаточно использовать бетон для колонн. Использование более прочного бетона в колоннах нижних этажей высотных зданий помогает уменьшить общий размер колонн, тем самым увеличивая полезное пространство.

Размер крупного заполнителя не должен превышать ¾ дюйма. Минимальные требования к свободному расстоянию между стержнями включают 4/3 максимального размера заполнителя. Ограничение размера крупного заполнителя до дюйма помогает гарантировать, что бетон может легко течь между арматурными стержнями.


Экономичные системы перекрытий из железобетона, рассчитанные на пролет и динамическую нагрузку

Доступны многочисленные типы монолитных систем перекрытий из железобетона, которые можно использовать для удовлетворения практически любых требований по пролету и нагрузке.В малоэтажных зданиях система перекрытий составляет большую часть стоимости несущего каркаса на месте. Стоимость колонн и стен, а также стоимость системы сопротивления поперечной силе растут линейно и экспоненциально с высотой здания, соответственно, но стоимость, связанная с системой пола, по-прежнему важна.

Приведенную ниже таблицу можно использовать в качестве предварительного руководства при выборе экономичной системы полов. Размер и географическое расположение проекта, наличие квалифицированной рабочей силы и требования местных строительных норм - вот лишь некоторые из факторов, которые могут существенно повлиять на общую стоимость.Каждый проект уникален, и системы перекрытий из железобетона, отличные от рекомендованных в таблице, могут быть более рентабельными.

Пролет Переменная нагрузка (фунт-кв. Дюйм) Система пола
Плоская пластина Плоская плита Лага широкомодульная Двусторонняя балка Плоская плита пустотелая
До 20 футов 40, 65, 100 Х н / д н / д н / д н / д
21-25 футов 40 Х н / д н / д н / д н / д
65 Х Х н / д н / д н / д
100 н / д Х Х н / д н / д
26-30 футов 40, 65, 100 н / д Х Х н / д н / д
31-40 футов 40, 65, 100 н / д н / д Х Х Х
41-50 футов 40, 65, 100 н / д н / д н / д Х Х

Полушарные железобетонные конструкции | Группа исследования бетонной инфраструктуры (CIRG)

Мишель Вин Тай Мак, профессор Джанет Лис

Введение

Некоторые существующие железобетонные конструкции более подвержены износу, чем другие.Обрушение участка путепровода де ла Конкорд в Квебеке, Канада, в 2006 году и недавнее обрушение путепровода Анноне Брианца в Италии в 2016 году демонстрируют внутреннюю уязвимость полусуставных мостов.

Половина стыка (или защелкивающийся конец) - это обычная опорная деталь в сборных железобетонных конструкциях. Он заключается во внезапном уменьшении глубины на конце конструктивного элемента, который образует выступающее перо. Это обычное соединение в железобетонных консольных мостах (система Гербера), поскольку оно упрощает сборку.

Несмотря на преимущества, оправдавшие их широкое использование в прошлом, полусуставы связаны с рядом проблем. Ранние нормы проектирования привели к недостаточным положениям об армировании. Утечка воды через стык вызывает разрушение бетона и коррозию арматурной стали. Трудность доступа к гнезду подшипника для осмотра и обслуживания еще больше усложняет проблему. Анализ структурных элементов этого типа очень сложен, и единой общепринятой теории не существует.

Цели и задачи

Целью проекта является изучение поведения изношенных железобетонных полушестовых конструкций. Цель состоит в том, чтобы исследовать возможные режимы отказа, вызванные износом. Конечная долгосрочная цель - дать рекомендации по эффективному управлению нашей железобетонной инфраструктурной сетью.

Направления исследований

Испытания на ускоренную коррозию с использованием метода приложенного тока используются для моделирования эффектов износа из-за коррозии внутренней арматурной стали.Фундаментальные исследования, лежащие в основе экспериментальной программы, сосредоточены на деградации сцепления стали с бетоном и поведении бетона в комбинированных напряженных состояниях.

С верой в то, что значительный прогресс в знаниях может быть достигнут только путем сравнения различных подходов и согласия по фундаментальным принципам, вопрос исследования решается путем сравнения экспериментальных данных, теории, аналитических формулировок и численного моделирования.

Сотрудники

Проект финансируется Советом по инженерным и физическим исследованиям Великобритании (EPSRC) через стипендию для докторантуры.Проект осуществляется в сотрудничестве с Arup и Highways England. Предыдущие исследования в этой области финансировались EPSRC в рамках гранта EP / K016148 / 1, Железобетонные полусуставные конструкции: последствия для структурной целостности детализации и разрушения арматуры с партнерами по проекту, включая Highways England, Parsons Brinckerhoff, Atkins, University of Toronto, Университет Макгилла и Королевский университет, Канада.

Избранные публикации

Мак, М.W.T., Desnerck, P. и Lees, J.M. (2019) Растрескивание, вызванное коррозией, и прочность сцепления в железобетоне. Строительные и строительные материалы, 208 , 228-241. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.151
Мак, М., Деснерк, П. и Лиз, Дж. М. (2018) «Взаимосвязь между шириной поверхностной трещины и коррозией стали в железобетоне» 5-я Международная конференция по ремонту, восстановлению и модернизации бетона , ICCRRR 2018, Кейптаун , Южная Африка
Деснерк П.Р. Х., Лиз, Дж. М., Морли, К. Т. (2018) «Стойко-распорные модели для изношенных железобетонных полушвов». Инженерные сооружения , 161 41-54. (опубликованная копия) (doi)
Desnerck P., Lees J.M., Valerio P., Loudon N., Morley C.T. (2018) «Инспекция RC полусуставных мостов в Англии: анализ существующей практики». Труды Института инженеров-строителей - Строительство мостов, 1-30 (принятая версия) (doi)
Деснерк П.Р. Х., Лиз, Дж. М., Морли, К. Т. (2017) «Влияние местного обжатия арматурного стержня и растрескивания анкерной зоны на несущую способность ж / б полусоединений». Engineering Structures , 152 865-877. (опубликованная копия) (doi)

Бамбуковый железобетон: критический обзор

Опубликованные отчеты показывают, что использование бамбука для армирования бетонных конструкций в Юго-Восточной Азии восходит к столетию. Ранние экспериментальные исследования бетона, армированного бамбуком, были проведены в Массачусетском технологическом институте Чоу [13], в Германии [14], Италии [15], США [16], Смитом и Сосье [17] и Колумбии [18].В этих исследованиях использовались либо бамбуковые бруски (цельные стебли малого диаметра), либо шины (полукруглые полоски).

Большой интерес к армированному бамбуком бетону с самого начала связан с военно-морскими силами США и их интересом к быстрому [восстановлению] строительства в Юго-Восточной Азии после Второй мировой войны. Исследования, проведенные Гленном [16] на бетоне, армированном бамбуком, финансировались Управлением военного производства США, включали механические испытания и строительство экспериментальных зданий. Гленн сделал ряд выводов на основании полученных результатов испытаний, а также принципов проектирования и строительства для использования бамбуковых тростей и шин в качестве арматуры в бетоне.Глен выделил такие проблемы, как (а) высокий прогиб, низкая пластичность и раннее хрупкое разрушение бамбуковых железобетонных балок под нагрузкой; (б) их пониженная предельная грузоподъемность по сравнению с элементами, армированными сталью; (c) проблемы склеивания, связанные с чрезмерным растрескиванием и набуханием бамбука; и (d) необходимость использования асфальтовых эмульсий. Гленн рекомендует использовать растягивающее напряжение бамбука 34–41 МПа, исходя из максимальных значений напряжения 55–69 МПа для бетонных балок с 3–4% бамбуковой арматуры.Наконец, допустимое растягивающее напряжение бамбука между 20 и 28 МПа для армированных элементов рекомендовано Гленном, чтобы поддерживать прогиб балки ниже 1/360 пролета.

Выделяются два более поздних исследования, посвященных «методологиям проектирования». Бринк и Раш [19] пропагандируют подход с допустимым напряжением для проектирования бетона, армированного бамбуком, сравнимый с современным подходом ACI 318 [20] для бетона, армированного сталью. Brink and Rush рекомендуют допустимое растягивающее напряжение бамбука 28 МПа, исходя из предельной прочности 124 МПа и прочности сцепления 0.{{\ prime}} \) (единицы МПа). К этому добавляется 3–4% бамбукового армирования, что, по их утверждению, дает коэффициент безопасности порядка 2–2,5. Более точный анализ может быть проведен с использованием рекомендованного допустимого напряжения бамбука 34 МПа и модуля упругости 13,8 ГПа для растянутой арматуры и 8,6 ГПа для арматуры на изгиб. Геймайер и Кокс признают уникальное и ограниченное сцепление бамбука и рекомендуют, чтобы прочность сцепления составляла 44 Н / мм от окружности арматурного стержня, а длина заделки должна превышать 305 мм.Это максимальное напряжение связи около 0,15 МПа. Геймайер и Кокс основали свое исследование на Arundinaria tecta , разновидности бамбука, произрастающей на юго-востоке Соединенных Штатов.

При использовании любого подхода, основанного на допустимом напряжении, прочность сцепления всегда будет определять конструкцию. Для сравнения: бамбуковый арматурный стержень диаметром 25 мм, заделанный 305 мм, может развить только от 3,5 кН [21] до 8,4 кН [19]. Напротив, стальной арматурный стержень диаметром 9,5 мм в тех же условиях может развиться 29.4 кН.

Ряд исследовательских работ, описывающих изгибаемые элементы, армированные бамбуком, подтверждают основную предпосылку методологии проектирования, предложенной Геймайером и Коксом [21]. Оптимальные соотношения продольной бамбуковой арматуры колеблются от 3 до 5%, при этом пропускная способность неармированной бетонной балки увеличивается как минимум в 2,5 раза [22,23,24,25,26,27]. Рекомендуется ограничить расчетную мощность моментом растрескивания неармированной секции, M cr , который для усиленной бамбуком секции должен давать «коэффициент безопасности» против растрескивания равным 2 и против разрушения 7 [ 23].Хотя конкретное исследование сцепления не было включено в эти исследования, рекомендации по использованию армирующей бамбуковой шины включают требование нанесения двух слоев битумной краски с нанесением песка на верхний слой [23]. Это процедура, аналогичная той, что применил Гавами к бамбуковым шинам [28], в котором автор придал шероховатость поверхности бамбука перед нанесением первого слоя битумной краски с песком, а затем намотал 1,5-миллиметровую проволоку вокруг шин перед нанесением второго слоя. Пальто.

В несвязанных исследованиях Ghavami [29], Agarwal et al. [30] и Севалия и др. [31] демонстрируют важность обеспечения хотя бы минимального бамбукового армирования и соответствующей обработки поверхности для улучшения сцепления. Гавами [29] обнаружил, что балки с 3% -ным соотношением расщепленной бамбуковой арматуры в четыре раза превышают предельную прочность сопоставимых неармированных бетонных балок. В последних двух исследованиях авторы сообщают, что бетон, армированный бамбуком, с шинами не имеет усиления сцепления и имеет коэффициент армирования примерно 1.4%, не улучшают поведение неармированного бетона. Точно так же плиты, армированные бамбуком, имеющие коэффициент армирования только 0,5%, образовали единственную большую трещину и продемонстрировали значительное проскальзывание арматуры [32].

Два исследования, Тераи и Минами [33] и Лилатанон и др. [34] рассмотрели бамбуковую арматуру для элементов, несущих осевое сжатие. В этих исследованиях тестировались концентрически нагруженные заглушки колонны, имеющие отношение высоты к ширине 2 и 2,5 соответственно. Как и следовало ожидать от таких коротких образцов, осевая способность может быть приблизительно определена с использованием анализа преобразованных сечений и улучшена при наличии поперечного ограничения.Никакой четкой разницы между поведением, усиленным сталью или бамбуком, не было обнаружено ни в одной из экспериментальных программ. Из-за короткой геометрии испытательного образца эти испытания не зависят от сцепления с бетоном.

Гавами [29] провел разведочное исследование бетонных колонн высотой 2 м и квадратного сечения 200 мм. Они были усилены продольно ориентированными бамбуковыми лентами с улучшающей сцепление поверхностью и ограничены стальными стременами. Гавами отмечает, что 3% бамбуковой арматуры в бетонных колоннах было идеальным соотношением для соответствия бразильским строительным нормам, но не дает никаких значений предельной прочности или других деталей.

Связь и развитие

Agarwal et al. [30] показали значительный положительный эффект «обработки» бамбуковых шин коммерческими клеями на основе эпоксидной смолы с целью улучшения сцепления. Они сообщили о средних напряжениях сцепления (по результатам испытаний на вырыв) порядка 0,13 МПа для простых бамбуковых шин (значение, перекликающееся с рекомендацией Геймайера и Кокса [21]) и значений до 0,59 МПа (увеличение на 350%), когда Sikadur Для покрытия шин использовался клей 32. Это поведение привело к улучшению реакции на изгиб.Точно так же Гавами [28] сообщает об увеличении на 430% прочности сцепления для бамбуковых шин с покрытием Sikadur 32, заделанных в бетон, по сравнению с шинами без покрытия; Значения прочности сцепления составили 2,75 и 0,52 МПа соответственно. Гавами также провел испытания с асфальтовым покрытием (Negrolin) и песчаным покрытием, в результате которых прочность сцепления составила 0,73 МПа (рис. 1). Agarawal et al. сообщают, что коэффициент армирования бамбуком 8% был необходим, чтобы привести к изгибным характеристикам, аналогичным свойствам железобетонного элемента, имеющего коэффициент армирования 0.89% (при заявленном модульном соотношении E сталь / E бамбук = 8,3). Для усиления бамбуковых шин, покрытых Sikadur 32, требуется коэффициент усиления всего 1,4% для достижения поведения, аналогичного этой стали; Это означает улучшение поведения шин при нанесении покрытия на 470%.

Рис. 1

Изменение напряжения сцепления в зависимости от длины заделки и влияние обработки поверхности

Тераи и Минами [32] сообщают об испытаниях на разрыв круглых бамбуковых образцов, имеющих различные виды поверхностной обработки синтетической смолой и синтетическим каучуком.Сообщается, что необработанная прочность скрепления составляет 0,66 МПа, а обработка повысила ее до значений в диапазоне до 1,34 МПа. В той же программе испытаний прочность сцепления деформированного стального стержня составила 2,43 МПа.

Более реалистично, Геймайер и Кокс [21] и Сакарай и др. [35] сообщают об испытаниях на разрыв шин и круглых стеблей, соответственно, имеющих разную длину заделки. Оба исследования пришли к выводу, что среднее напряжение связи уменьшается по мере увеличения длины заделки, и что это уменьшение значительно более выражено, чем наблюдается в [изотропных] стальных арматурных стержнях.Такое уменьшение можно объяснить более сильным эффектом сдвига и плохими поперечными характеристиками материала анизотропного бамбука. Как видно на рис. 1, бамбуковые шины, которые не имеют выраженных деформаций (таким образом, в основном полагаются на трение для передачи напряжения), демонстрируют более низкое напряжение сцепления, чем круглые стебли, для которых узловые выступы обеспечивают некоторую степень механической блокировки. Геймайер и Кокс пришли к выводу, что бамбуковые шины имеют эффективную длину скрепления, за пределами которой дальнейшее увеличение длины заделки не влияет на доступную емкость; Исходя из этого, они установили свою рекомендацию, что прочность сцепления должна составлять 44 Н / мм окружности арматурного стержня и что предусмотренное заделывание должно превышать 305 мм.

Присутствие кремнезема (SiO 2 ) в бамбуке может способствовать пуццолановой реакции, увеличивая количество гидратов силиката кальция (CSH) за счет реакции с Ca (OH) 2 во время гидратации портландцемента, что улучшает связывание с бетоном. Однако кремнезем в бамбуке находится в основном в эпидермисе (на клеточном уровне) и должен подвергаться воздействию бетона, чтобы произошла пуццолановая реакция [36]. Следовательно, при использовании бамбука в виде стеблей или шин дополнительная пуццолановая активность сомнительна и вряд ли будет каким-либо значимым образом способствовать сцеплению бамбука с бетоном.

Все известные исследования, посвященные склеиванию бамбука в бетоне, определяют усадку необработанного, зеленого или предварительно замоченного бамбука, а также циклы набухания, вызванные колебаниями влажности в бетоне, как вредные для склеивания. В результате большинство исследований рекомендуют покрывать бамбук влагозащитным слоем при условии, что покрытие не приводит к смазывающему эффекту, что само по себе ухудшает сцепление. С другой стороны, герметизация недостаточно выдержанного бамбука в водонепроницаемой среде может усугубить гниение.Наконец, на практике сложно добиться надежного и длительного состояния водонепроницаемости.

Распространенной практикой является покрытие бамбука эпоксидной или полиэфирной смолой и рассыпание по нему песка для улучшения характеристик сцепления; однако из-за гигроскопичности бамбука, колебания содержания влаги в бамбуке (MC) и относительной влажности (RH) может произойти набухание или сжатие материала в зависимости от поглощения и потери влаги. Это может привести к трудозатратным и энергоемким и потенциально дорогостоящим процедурам, которые противоречат цели использования недорогого и доступного на месте материала.Например, Javadian et al. [37] сообщают о максимальной прочности сцепления, сравнимой с прочностью стальных арматурных стержней, 3,65 МПа, для композитных бамбуковых шин с высокой степенью обработки. Для достижения такого высокого напряжения сцепления трещины были высушены при влажности ниже 10%, подвергнуты термообработке под давлением (для увеличения плотности бамбука) и покрыты эпоксидной смолой на водной основе и мелким песком.

В целом, исследования цементных и полимерных композитов с использованием бамбука и других природных материалов в качестве арматуры выявили общие проблемы, такие как биоразлагаемость, технологичность и термическая совместимость бамбука и матричного материала [29, 38].Последней проблемой, потенциально влияющей на характеристики сцепления бамбука, является коэффициент теплового расширения (КТР), который а) зависит от влажности; и б) в пять раз меньше, чем у бетона или стали в продольном направлении, но в два раза больше, чем это значение в поперечном направлении. Сообщаемый CTE в продольном направлении для бамбука колеблется от 2,5 до 10 × 10 −6 / C; поперечный КТР примерно на порядок больше [9].

Прочность бамбуковой арматуры в бетоне

Прочность бамбука тесно связана с его естественным составом.Как и другие лигноцеллюлозные материалы, бамбук состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Химический состав этих компонентов в бамбуке изменяется с возрастом (например, когда растения достигают зрелого состояния) и / или после сбора урожая, что запускает процесс гибели клеток и распада тканей. О значительной статистической корреляции между изменениями химического состава, возраста и плотности у Phyllostachys pubescens и Gigantochloa scortechinii сообщили Li et al. [39] и Hisham et al.[40] соответственно.

Есть несколько известных исследований, конкретно посвященных долговечности бамбука, залитого в бетон. Тем не менее, существует значительное количество литературы, посвященной долговечности и обработке различных материалов биомассы (иногда включая бамбук) в цементных материалах. Gram [41] представляет собой, возможно, первое значительное исследование в этом отношении, а Vo и Navard [42] и Pacheco-Torgal и Jalali [43] представили недавние и очень подробные обзоры. Большинство существующих исследований сосредоточено на «армировании волокном» или включении целлюлозных материалов в цементный композит.В этом обзоре авторы рассмотрели только те вопросы долговечности, которые считаются актуальными для бетона, армированного бамбуком. Читатели будут направлены к обзорным статьям, в которых обсуждаются другие связанные с этим вопросы долговечности.

Бетон из портландцемента - это среда с высоким содержанием щелочей. PH поровой воды в портландцементном бетоне обычно превышает 12. Это обеспечивает пассивирующую среду для встроенной стальной арматуры, эффективно снижая вероятность коррозии стали при условии, что pH остается выше 10 [44].Напротив, щелочная обработка часто используется для разрушения клеточной структуры лигноцеллюлозных материалов, таких как древесина, конопля, лен и бамбук [45], чтобы извлечь, обнажить или обработать их волокна. Такая обработка может улучшить шероховатость поверхности (так называемая проклейка волокон) для улучшения сцепления с полимерными смолами в композитных материалах, но явно нежелательна в случае бамбуковых стержней, используемых в бетоне, армированном бамбуком. Хосода [46] сообщает о 50% -ной потере растягивающей способности бамбука после годичного выдерживания в ванне с водой с высоким содержанием щелочи; через 3 года бамбук сохранил только 30% своей первоначальной прочности.Гемицеллюлоза и водорастворимые экстракты (последние, как правило, не должны присутствовать в обработанных бамбуковых стеблях) вступают в реакцию с гидроксидом кальция (Ca (OH) 2 ), присутствующим в цементном тесте [47,48,49,50], что приводит к кристаллизации извести. в порах биомассы [43]. Лигнин растворим в горячей щелочной среде [41], как в случае гидратации цемента, и, возможно, когда бетон подвергается воздействию прямых солнечных лучей в тропической среде. Было обнаружено, что уменьшение щелочности при использовании тройных цементов [51] или карбонизации [52] лишь частично смягчает деградацию биомассы.Лигноцеллюлозные материалы в гидратированном цементе также охрупчиваются из-за минерализации, связанной с катионами (в основном, Ca 2+ ) в пористой воде бетона [53].

Водопоглощение - критическая проблема долговечности биомассы любого вида, заключенной в цементную матрицу [43]. Водопоглощение и гигротермический цикл приводят к практически непрерывному изменению объема внедренной биомассы, что приводит к межфазному повреждению и микро- и макротрещинам. Эти эффекты увеличивают проницаемость, вызывая описанные ранее вредные процессы.

Биологическая атака, возможно, является наиболее серьезной проблемой для бамбука. По сравнению с деревом существуют определенные факторы, которые делают бамбук более склонным к гниению, в том числе: (а) его тонкостенная геометрия (что делает гниение более значительным с точки зрения уменьшения емкости элемента), (б) высокое содержание крахмала и ( в) отсутствие устойчивых к гниению соединений, таких как те, которые содержатся в некоторых лиственных породах древесины, таких как тик и ипе [3, 54, 55]. Существует две причины биологического разложения бамбука: насекомые (например, жуки и термиты) и поражение грибами (гниль).Как и в случае с древесиной [3, 56], для защиты бамбука от насекомых и грибков требуются четыре меры: (а) приправить бамбук; (б) обработать химикатами всю толщину; (c) сохранять бамбук сухим и способным «дышать» на протяжении всей его жизни; и, (г) держите бамбук в недоступном для термитов месте.

Заливка в бетон не считается достаточной для защиты бамбука от нападения насекомых, особенно термитов. Термиты могут переходить в трещины размером до 0,8 мм [57]. Бетон, армированный бамбуком, может иметь такие трещины в результате воздействия температуры, усадки и / или нагрузки.Таким образом, бамбуковая арматура требует химической обработки по всей толщине стенки для предотвращения нападения насекомых [55, 58].

Заражение грибами (гниль) требует аэробных условий и влажности, обычно превышающей 20% [59]. Бамбук, полностью или частично залитый в бетон, подвержен гниению, потому что бетон (или строительный раствор) пористый, а влага легко переносится через капиллярное действие [60] и существующие трещины. Кроме того, заделка в бетон, вероятно, предотвратит быстрое испарение или диспергирование влаги, которая присутствует в результате проникновения, что приведет к увеличению содержания влаги в бамбуке.Обычно считается, что обработка поверхности или «нанесение краски» не обеспечивает достаточной защиты от гниения древесины [3, 56, 59] или бамбука [61]. Насколько известно авторам, не проводилось никаких всесторонних испытаний для конкретной оценки вероятности гниения бамбука, когда он полностью залит бетоном. За исключением случаев, когда бетон остается сухим на протяжении всего срока службы, гниение возможно даже тогда, когда бамбук покрыт битумным или эпоксидным покрытием.

Проблемы деградации бамбуковой арматуры усугубляются тем, что такие повреждения останутся незамеченными.Например, коррозия стальной арматуры происходит в течение многих лет или десятилетий и приводит к расширению стальной арматуры, что приводит к растрескиванию, образованию пятен и отслаиванию покрывающего бетона, тем самым обеспечивая визуальное «предупреждение» до того, как коррозия станет критически важной проблемой для безопасности. Однако в некоторых средах бамбук может быстро разлагаться и разлагаться, не указывая на повреждение бетонной поверхности.

ProConcrete получает награду за самый инновационный продукт (MIP) 2011 от журнала World of Concrete - ProStructures Wiki - ProStructures

Bentley Systems, Inc.и Applied Systems Associates (aSa), производитель ProConcrete, был выбран в качестве победителя конкурса 2010 года за самый инновационный продукт (MIP) на World of Concrete 2011, крупнейшем ежегодном мероприятии в индустрии коммерческого строительства.
ProConcrete получил награду Experts ’Choice MIP, в которой приняли участие более 50 000 профессионалов и около 1300 компаний, за лучший продукт в категории бизнес-инструментов и программного обеспечения.

О компании ProConcrete:

ProConcrete - это усовершенствованный программный инструмент 3D CAD, используемый для моделирования, детализации и планирования железобетонных конструкций.ProConcrete был разработан как совместное предприятие ASA и Bentley Systems, Inc.

ProConcrete предоставляет архитекторам, инженерам, сборщикам арматуры и изготовителям арматуры инструменты, позволяющие быстро и легко разработать трехмерную модель всего бетона и арматуры, необходимых для проекта. ProConcrete позволяет легко моделировать и обрабатывать монолитные и сборные железобетонные элементы. Программное обеспечение дает пользователям возможность разрабатывать арматуру для любой трехмерной конструкции. Многоразовые шаблоны и широкий выбор инструментов для бетона и арматуры избавляют от многих часов утомительных задач по рисованию и детализации.

Таким образом, из одной модели ProConcrete пользователи могут автоматически создавать двухмерные чертежи размещения стержней, спецификации изгиба стержней и списки деталей. При изменении 3D-модели автоматически обновляются все связанные документы. Кроме того, модель ProConcrete имеет беспрецедентные возможности подключения к последующим приложениям для изготовления арматурных стержней ASA. aSa автоматизирует операции с арматурой, включая планирование цехов, маркировку, автоматизацию оборудования, изготовление, отслеживание материалов и отслеживание грузов. Через aSa Plant Manager заказчики могут сразу увидеть свои производственные операции или получить подробные отчеты об отслеживании, которые идеально подходят для работ, требующих управления сертификатами тепла / заводов, таких как ядерные проекты.

Функциональная совместимость системы позволяет легко сотрудничать между деловыми партнерами, использующими различные платформы САПР и пакеты моделирования. ProConcrete - единственный пакет 3D-моделирования бетона, предназначенный для работы с AutoCAD и MicroStation. Используя интегрированную модель конструкции Bentley ProConcrete, пользователи могут обмениваться данными модели с другими 3D-инструментами, такими как Revit, STAAD и RAM.

О ProStructures:

Детализация и изготовление конструкций для стали и бетона

Bentley ProStructures включает ProSteel и ProConcrete .Обе программы представляют собой продвинутые программы трехмерного моделирования, поддерживающие ваши задачи строительства и планирования.

ProSteel обеспечивает детализацию стальных и металлических конструкций, а ProConcrete - детализацию и планирование железобетонных конструкций / сборных железобетонных конструкций и конструкций из предварительно напряженного бетона.

ProStructures позволяет инженерам сократить время производства документации и помогает им в устранении ошибок и недостатков проектирования, а также в проектировании и документировании составных конструкций.

С 1969 года Applied Systems Associates, Inc., разработала, настроила и поддержала компьютерные решения для удовлетворения конкретных потребностей своих клиентов. Имея офисы в США, Австралия , Латинская Америка , и Ближний Восток , более 4000 пользователей на более чем 650 клиентских площадках по всему миру используют предоставленное программное и аппаратное обеспечение пользователя aSa.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

[an error occurred while processing the directive]