Планирование эксперимента по определению жёсткости сцепления арматуры с различными профилями



На рынке представлено множество различных типов арматурных стержней, классифицируемых по форме, таких как легкие круглые стержни, кольцевые стержни и серповидные стержни. При скреплении арматуры с бетоном свойства сцепления различных форм арматуры с бетоном могут различаться. В данной статье представлен эксперимент, который был проведен для определения жесткости сцепления стержней с различными профилями. В этом эксперименте было использовано новое приспособление для испытания прочности сцепления арматуры.

Ключевые слова: кольцевая арматура, сцепление, различный, профиль.

Введение

Многие исследователи высказывали предположения о разной прочности сцепления арматуры кольцевого и серповидного периодического профиля, тем не менее в нормах проектирования СП63.13330.2018 и более ранних редакциях этих норм не учитывается отличие совместной работы с бетоном арматуры этих профилей и прочность сцепления принимается равной. Ранее уже производились экспериментальные исследования, нацеленные оценку разности совместной работы с бетоном этих профилей, но они имели следующие недостатки:

a) Напряженное состояние бетона заделки и конструктивное решение зоны анкеровки (толщина защитного слоя, длина заделки) значительно отличалось от реальных конструкций.

b) Не было обеспечено единых условий — сравнения производились дляарматуры разных диаметров, при разной длине заделки и при разной прочности бетона.

Испытание на выдергивание [1] является одним из наиболее распространенных методов оценки прочности сцеплений в различных условиях, например, при различном характере деформации арматуры, различных бетонных покрытиях и различных условиях сдерживания. С помощью этого метода можно также изучить влияние формы арматуры на прочность сцепления. В данной работе исследователи рассматривают различные спецификации для вычерчивания образцов для испытаний и настройки в соответствии с поставленными целями. Сферой применения данной статьи являются текущие исследования по изучению влияния профиля армирования на прочность сцепления с помощью испытаний на выдергивание.

Цель работы заключается в сравнении прочности и жесткости сцепления для арматуры кольцевого и серповидного периодического профиля.

Задача исследования — испытание 2-х серий экспериментальных образцов при обеспечении единых условий сцепления и соответствующим реальным конструкциям напряженном состоянии и конструктивном решении образцов. В первую серию войдет 6 одинаковых образцов с заделкой арматуры серповидного профиля, во вторую — 6 образцов с заделкой арматуры кольцевого профиля.

После расчета и экспериментального определения прочности связи бетона можно рассчитать длину анкеровки арматуры, используя формулы и сравнивая длины анкеровки в нескольких странах, чтобы определить новую, более подходящую длину анкеровки арматуры.

Планирование эксперимента

1. Изготовление образцов

Марка бетона: В25

Тип бетона — тяжелый бетон

Таблица 1

Параметры образца

Номер образца	Размеры бетонной (мм)	Расположение арматуры	Защитный слой бетона (мм)	Длина сцепления (мм)	Арматура диаметр ( 𝑑𝑠 в мм)
К — 1 К — 2 К — 3 К — 4 К — 5 К — 6	160x360x480	Средний	25	240	16
С — 1 С — 2 С — 3 С — 4 С — 5 С — 6	160x360x480	Средний	25	240	16

К — Кольцевой профиль, С — Серповидный профиль

Марка бетона: В25

Тип бетона — тяжелый бетон

Рис. 1. Длина арматурной связи и внутри образца

На внутренней стороне концов опалубки были зарезервированы резьбовые муфты для креплеения индикаторов часового типа, а также использование пены для остановки сцепления арматуры с бетоном. Здесь длина открытой арматуры составляет 24 см.

2. Конструкция испытательной оснастки [2]

Проведение испытаний подразумевается при защемлении верха испытательной оснастки (зажимного шлейфа) в губках испытательной машины, предназначенных для захвата плоских элементов. Испытуемый стержень закрепляется в нижнем захвате испытательной машины, а нагружение производится перемещением верхнего захвата, в котором закреплена оснастка.

Рис. 2. Конструкция испытательной оснастки

Испытание по принятой методике с использованием данной конструкции оснастки позволит создать в образце напряжённо-деформированное состояние аналогичное образцу конца балки по ASTM A944 [3].

Такое поведение при нагружении наиболее характерно для большинства реальных конструкций и позволяет исключить занижение получаемой прочности сцепления за счёт дополнительной отрывающей нагрузки на защитный слой бетона.

Рис. 3. Конструкция испытательной оснастки

3. Испытание на растяжение на испытательной машине

Таблица 2

Основные технические характеристики Instron -5989

Основные технические характеристики
Максимальная статическая нагрузка при растяжении, кН	600
Максимальный ход траверсы, мм	1850
Ширина зоны испытания, мм	762
Максимальная длина образца, мм	900
Диаметр захватной части цилиндрических образцов, мм:	3–57
Максимальная толщина захватной части плоских образцов, мм:	60
Ширина зажимных губок, мм	100
Точность измерения нагрузки в диапазоне от 6–600 кН относительно измеряемой величины, %	0.4

Экспериментальные исследования производились командой из трёх человек, один из которых был оператором испытательной машины, двое других занимались установкой и извлечением образцов, а во время нагружения фиксировали показания индикаторов часового типа и, с применением ацетона, следили за моментом образования и развитием трещин.

Рис. 4. Общий вид испытательной установки с оснасткой и образцом Instron-5989

Экспериментальные результаты

В ходе эксперимента для каждого из образцов фиксировалось значение прочности сцепления, которое принималось равным максимальной нагрузке, развиваемой при испытании, и определялось по данным испытательной машины, а также нагрузки, при которой первая продольная трещина достигала рабочей грани образца.

Записанные и рассчитанные данные:

1. Усилие при образовании первой трещины, кН
2. Прочность анкеровки кН
3. Средняя прочность сцепления, МПа

Литература :

1. «Pull-out test for studying bond strength in corrosion affected reinforced concrete structures — a Review» — Nader Sadeghi, Akanshu Sharma Otto-Graf-Journal Vol. 18, 2019 — с. 261
2. «Исследование влияния интенсивности поперечного армирования и толщины защитного слоя на длину анкеровки арматуры периодического профиля в тяжелом бетоне» — Стахов Д. О. с.36–37
3. ASTM A944–10 Standard Test Method for Comparing Bond Strength of Steel Reinforcing bars to Concrete Using Beam-End Specimen
4. «Исследование сцепления арматуры с бетоном методом математического планирования эксперимента» — Е. М. Бабич, В. Е. Бабич, Е. Е. Поляновская