Влияние частичного или полного отсутствия сцепления арматуры с бетоном на образование трещин в конструкциях



В данной статье рассматриваются вопросы влияния параметров сцепления стержневой арматуры с бетоном на образование трещин в железобетонных элементах.

Ключевые слова: железобетон, арматура, стержневая арматура, сцепление арматуры с бетоном, трещиностойкость.

This article discusses the influence of the coupling parameters of rod reinforcement with concrete on the formation of cracks in reinforced concrete elements.

Keywords: reinforced concrete, reinforcement, core reinforcement, reinforcement coupling with concrete.

Введение

В процессе производства и эксплуатации в железобетонных конструкциях часто возникают дефекты, обусловленные различными факторами. Важной проблемой является нарушение сцепления арматуры с бетоном, что, по разным данным, составляет до 35 % всех поврежденных конструкций.

К основным причинам нарушения сцепления относятся некачественные работы при укладке бетона, коррозия арматуры, повреждение защитного слоя, температурные воздействия, влияющие на структуру бетона.

Ремонт таких повреждений является сложной и не всегда осуществимой задачей, поэтому крайне важно точно оценить работоспособность конструкций с нарушением адгезии, учитывая как вторую, так и первую группу предельных состояний.

Расположение и размеры участков с нарушением сцепления влияют на напряженно-деформированное состояние железобетонных элементов и развитие трещин.

Обзор экспериментальных данных

Проблеме исследования образование посвящены многие исследования, например в работе [1] исследовалось влияние суровых условий эксплуатации Норильского горно-металлургического комбината на состояние монолитных железобетонных балок. В исследовании [2] основное внимание уделялось коррозионным повреждениям этих конструкций.

В результате исследований был получен ряд экспериментальных данных, который говорит об изменении НДС при различных вариантах потери сцепления арматуры с бетоном.

Рис. 1. Распределение деформаций по высоте сечения при различных случаях разрушения растянутого бетона: а) бетон растянутой зоны не разрушен, б) бетон разрушен до обнажения арматуры на половину периметра, в) бетон разрушен до обнажения арматуры по всему периметру [2]

На примере данного исследования видно, что нарушение сцепления арматуры и бетона вызывает перераспределение деформаций к компонентах элемента и, как следствие ведет к образованию дополнительных трещин.

Обширные исследования, проведенные в ДальНИИС под руководством Г. М. Спрыгина [3–6]. Исследования показали, что основные отличия в работе ЖБ элементов со сцеплением бетона с арматурой и без него проявляются после образования трещин. Однако, в элементах с нарушением сцепления наблюдается уменьшение момента образования трещин.

При прочих равных условиях в элементах с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном над образовавшейся трещиной происходит увеличение деформаций сжатого бетона. Таким образом увеличивается прогиб рассматриваемого элемента.

Рис. 2. Схема распределения деформаций в сечении с трещиной [6] а) для элементов с обеспеченным сцеплением, б) для элементов с нарушенным сцеплением

Широкие испытания были проведены на базе ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университета» [7], было испытано 22 образцы в виде балок с различными зонами нарушения сцепления арматуры и бетона. Тип нагружения — четырехточечный изгиб.

Рис. 3. Испытательная установка

В ходе испытаний был установлен характер возникновения и нарастания трещин, а также момент трещинообразования. Ниже представлены принципиальные схемы нарушения связи между бетоном и арматурой и характер развития трещин.

Рис. 4. Схемы испытанных образцов

Рис. 5. Схемы развития трещин

Выводы

Рассмотренные примеры доказывают, что в результате отсутствия сцепления арматуры с бетоном увеличивается средняя ширина раскрытия трещин в изгибаемых элементах.

Для изгибаемых элементов с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном характерно ветвление нормальных трещин в зоне чистого изгиба.

Литература:

1. Сетков В. Ю., Шибанова И. С., Шумилкин Ю. А., Захаров В. З. Долговечность железобетонных балок перекрытий промышленных зданий и 149 сооружений предприятий Норильского горно-металлургического комбината // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. — 1984. — № 12. — С. 1–4
2. Сетков В. Ю., Шибанова И. С., Шумилкин Ю. А., Рысева О. П. Изменение прочности и деформативности железобетонных балок и плит при разрушении бетона в растянутой зоне сечения // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура. — 1987. — № 8. — С. 6–10
3. Спрыгин Г. М. Исследование предварительно-напряженных конструкций при частичном и полнои отсутствии сцепления арматуры с бетоном. — В кн. Материалы VII конгресса ФИП. Лондон-Москва, 1978, с. 5–14
4. Спрыгин Г. М., Вайсфельд А. А. Исследование конструкций усиления строительных ферм на моделях. — В кн.: Облегченные кнструкции из местных материалов: Сб. науч.тр./ Дальневост. политехн. ин-т. Владивосток, 1975, т. 104 с.50–54.
5. Спрыгин Г. М., Вайсфельд А. А., Экспериментальные исследования железобетонных изгибаемых конструкций с арматурой имеющей частичное или полное нарушенное сцепление с бетоном. — В. кн.: Исследование облегченных железобетонных конструкций на пористых заполнителях Дальнего Востока: Сб. науч.тр./ Хабар. политехн. ин-т. Хабаровск, 1975, с.49–58.
6. Спрыгин Г. М., Решетарь Ю. Г. Деформативность изгибаемых элементов при частичном отсутствии сцепления арматуры с бетоном // Бетон и железобетон. — 1983. — № 4. — с. 12–14.
7. Экспериментальные исследования образования и развития трещин в железобетонных балках с участками нарушенного сцепления арматуры с бетоном — Современные проблемы науки и образования (сетевое издание) (science-education.ru)