Развитие трещин в бетоне ростверков под колонны при изменении основных факторов

Выявлена закономерность характера образования и развития трещин в ростверках под колонны путём физических экспериментов.

Ключевые слова: ростверки под колонну при многорядном расположении свай, напряжённо-деформированное состояние, физический эксперимент, трещинообразование.

При моделировании работы каких-либо конструкций необходимо опираться на экспериментальные исследования. Наши исследования ростверков под колонны с помощью физических экспериментов позволили проследить развитие трещин в бетоне ростверков при изменении основных факторов, выявить закономерность характера образования и развития трещин. Количество испытанных образцов — 8.

На образование и развитие трещин в ростверках влияют многие факторы. Среди них: изменение процента армирования растянутой зоны, концентрация арматуры над сваями, изменение схемы приложения нагрузки, работа всех свай или частичное выключение свай из работы, неравномерная осадка свай.

Изменение схемы приложения нагрузки. Испытаны образцы РК-1, РК-1в (рис.1,2). Они имеют одинаковые опалубочные размеры 1100×600 мм, количество опор (8 шт.), схему и процент армирования. В образце РК-1в нагрузка передавалась с запланированным эксцентриситетом 50 мм. Первая трещина появились при нагрузке, которая в 1,4 раза меньше усилия образования подобной трещины в образце РК-1. В целом, характер образования и развития трещин не изменился. Разрушение произошло по сжатой зоне бетона.

Рис. 1. Характер трещинообразования и вид разрушения образца РК-1 (разрушение по сжатой зоне бетона)

Рис. 2. Характер трещинообразования и вид разрушения образца РК-1в (разрушение по сжатой зоне бетона).

Изменение процента армирования. Испытаны две пары образцов (рис.1,3,4,5): РК-1, РК-2 — у них одинаковые опалубочные размеры 1100×600 мм, количество свай равно восьми; РК-3, РК-6 — с одинаковыми опалубочными размерами 800×600 мм и количеством свай, равным шести. РК-1 и РК-3 имеют завышенный процент армирования, РК-2 и РК-6 — заниженный.

Рис. 3. Характер трещинообразования и вид разрушения образца РК-2 (разрушение по растянутой зоне).

Рис. 4. Характер трещинообразования и вид разрушения образца РК-3 (разрушение по сжатой зоне бетона)

Рис. 5. Характер трещинообразования и вид разрушения образца РК-6 (разрушение по растянутой зоне)

Продольное армирование растянутой зоны ростверка является важнейшим фактором, который влияет и на характер образования трещин, схему разрушения, и в итоге на прочность ростверка. Однако независимо от процента армирования, во многих образцах первыми появляются трещины в растянутой зоне в пролете между опорами (сваями) при нагрузке F=(0,4÷0,6) F_разруш. При большом проценте армирования их рост быстро прекращается, а для ростверков с малым процентом армирования эти трещины являются разрушающими, и их активное развитие приводит к разделению ростверка сквозными вертикальными трещинами. Процент армирования растянутой зоны ростверка влияет на прочность ростверка в целом. В наших экспериментах 6-ти и 8-ми — свайных ростверков при увеличении процента армирования с 0,18 % до 1,2 % разрушающая сила повысилась в 2,5 раза. Снижение процента армирования в растянутой зоне у нижней грани ростверка до минимальных значений (0,18 %) даёт возможность исследовать прочность растянутой зоны и влияние различных схем армирования на прочность ростверка. Выявлено, что концентрация рабочей продольной арматуры над сваями (образец РК-5) повышает разрушающую силу в 1,17 раза по сравнению с армированием сеткой (РК-2) при одинаковом проценте армирования.

Неравномерная осадка свай и частичное выключение свай из работы: образцы РК-6, РК-4. Образец РК-4 армирован сеткой с минимальным количеством арматуры, две сваи в поперечном ряду были ниже двух других свай на 10 мм. Первые трещины появились при нагрузке — 0,4 F_разр. Характерно, что наклонные трещины, образованные от опор, не имеющих перемещений, стали критическими.

Рис. 6. Характер трещинообразования и вид разрушения образца РК-5 (смешанное разрушение: по сжатой и растянутой зонам одновременно)

Частичное выключение свай из работы: РК-3, РК-7. Образец РК-7 сильно армирован, испытан на двух средних опорах. Первые трещины появились при F=0,5 F_разруш. Они образовывались в верхней части ростверка и ориентировались на опоры. С дальнейшим ростом нагрузки не было отмечено появление новых трещин. В это время увеличивалась ширина раскрытия ранее образованных трещин.

Рис. 7. Характер трещинообразования и вид разрушения образца РК-7 (разрушение по сжатой зоне)

На основе данных исследований произведена классификация трещин:

1)                 Т-nР и Т-Р, образованные в пролетах соответственно в продольном и поперечном направлениях;

2)                 Т-Г и Т-С, которые выделяют наклонные сжатые полосы бетона. Т-С располагаются внутри сжатых потоков между грузовой и опорными площадками.

Разрушающие усилия и усилия образования трещин в испытанных образцах показаны в таблице.

Таблица

Разрушающие усилия и усилия образования трещин

Литература:

1.                  Кочеткова М. В. Методика экспериментальных исследований многорядных свайных ростверков под колонны [Текст] / М. В. Кочеткова, Н. И. Гусев, К. С. Паршина // Молодой ученый. — 2014. — № 3. — С. 305–308.

2.                  Кочеткова М. В. Совершенствование методов расчёта многорядных свайных ростверков под колонны [Текст] / М. В. Кочеткова, О. В. Снежкина, А. В. Корнюхин. — Пенза: ПГУАС, 2011. — 139 с.

3.                  Кочеткова М. В. Образование и развитие трещин в восьми — свайных ростверках под колонны при разрушении по растянутой зоне // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/45796.

4.                  Кочеткова М. В., Аленкина Е. С. Образование и развитие трещин в восьми — свайных ростверках под колонны при разрушении по сжатой зоне // Современная техника и технологии. 2014. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/12/5386.