Міцність залізобетонних елементів, виготовлених і підсилених технологією торкретування

 

 

 

 

На підставі виконаних експериментальних досліджень проведено аналіз міцнісних характеристик залізобетонних балок, виготовлених і підсилених технологією торкретування. Запропоновано алгоритм розрахунку підсилених залізобетонних елементів. Оцінено вплив міцності контактних швів на несучу здатність підсилених залізобетонних балок.

 

На основе проведенных экспериментальных исследований проведен анализ прочностных характеристик железобетонных балок, изготовленных и усиленных технологией торкретирования. Представлен алгоритм расчета усиленных железобетонных элементов. Оценено влияние прочности контактного шва на несущую способность усиленных железобетонных балок.

On the basis of the executed experimental researches, conducted analysis of durability descriptions reinforce-concrete beams in the made and increased technology of guniting. Presented algorithm calculation of the increased reinforce-concrete elements. The appraised influence durability of contact guy-sutures is on bearing strength on the increased reinforce-concrete beams.

Ключові слова:

Міцність, торкретбетон, зчеплення, підсилення, контактний шов, несуча здатність.

Прочность, торкретбетон, сцепление, усиление, контактный шов, несущая способность.

Strengthing, shotcrete, tripping, strengthening, contact guy-sutures, bearing strength.

 

Вступ. Бетон та залізобетон широко використовують у будівництві житлових, громадських та багатоповерхових адміністративних будинків, мостових переходів, гідротехнічних споруд, автомобільних доріг, споруд енергетичного комплексу тощо. Широке і вже тривале використання бетону й залізобетону практично у всіх сферах життєдіяльності підвищує ймовірність їх пошкодження.

Необхідність підсилення будівельних конструкцій в процесі експлуатації виникає не тільки під час реконструкції, але й з причини їх передчасного зносу в результаті не передбачених проектом змін технології виробництва, різноманітних пошкоджень тощо. Різноманітне поєднання причин необхідності підсилення, а також тип і стан будівельних конструкцій зумовлюють використання різних способів підсилення. Тому важливою задачею в цьому сенсі є вибір ефективного способу підсилення. Методи підсилення залізобетонних конструкцій предметно описані в літературних джерелах і успішно застосовуються в будівництві [1 – 3].

Збільшення несучої здатності залізобетонних елементів без зміни конструктивної схеми передбачає збільшення поперечного перерізу підсилюваного елемента додатковим шаром бетону і залізобетону.

За виконання ремонтних робіт на великих відстанях від стаціонарних виробничих баз, а також у разі економічної неефективності роботи стаціонарних бетонозмішувачів на місці при малих об’ємах створюється проблема виготовлення й транспортування бетонної суміші, яка відповідає вимогам чинних нормативних документів щодо ремонту.

Аналіз показує, що найбільш економічним і технологічним способами, які суміщають в одному технологічному процесі приготування бетонної суміші, її транспортування, вкладання і ущільнення на ремонтній поверхні, є торкретбетон в «мокрому» і «сухому» способах виконання.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Міцність зчеплення нового і старого бетону залежить від технологічних і конструктивних чинників: умов вкладання бетонної суміші, методів ущільнення, класу бетону, підготовки контактної поверхні, додаткового поперечного армування.

Спосіб і вид підсилення конструкції, що працює на згин чи позацентровий стиск, вибирають залежно від ступеня міцності стиснутої чи розтягнутої зони перерізу і наявності пошкодження бетону чи арматури [1; 2].

Сумісна робота старого і нового бетону, як і для інших граней конструкції, досягається за рахунок механічного зчеплення, влаштування насічок, пазів, додаткової поперечної арматури чи анкерів, а також нанесення композиційних клеїв та прокладок [3 – 5].

Торкретбетон має підвищені міцність і зчеплення, а також забезпечує підвищені захисні функції і покращує експлуатаційні якості конструкцій порівняно зі звичайним бетоном.

Вітчизняний та закордонний досвід застосування торкретування дозволяє зробити висновок про можливість його використання для ремонту як монолітних, так і збірних залізобетонних конструкцій. Методи торкретування дозволяють скоротити трудові витрати, наносити тонкі ремонтні шари бетону, забезпечити високу адгезію, тобто зчеплення бетонної суміші зі старим бетоном [3; 4].

Постановка мети і задач досліджень. Оцінити міцність нормальних перерізів залізобетонних балок та балок, виготовлених і підсилених нарощуванням технологією торкретування. Порівняти експериментальні значення міцності з теоретичними, за якими проектувались, і чинними нормами [6; 7]. Перевірити вплив міцності контактних швів на несучу здатність підсилюваних елементів.

Методика досліджень. Серія проведених досліджень складалася з чотирнадцяти дослідних балок проектними розмірами (Lхhхb) 1650х150х75 (150), восьми дослідних балок, виготовлених залізобетонними за звичайною технологією (Б-1-1-1…8), з яких шість піддані підсиленню технологією торкретування. У трьох елементах при підсиленні на поверхні балки, у стиснутій зоні влаштовані короткі арматурні стрижні з кроком поперечної арматури (Ø 8мм), які виступали з поверхні на 35мм (Б-1-1-3птс, Б-1-1-4птс, Б-1-1-5птс). Інші три балки підсилювались без додаткових анкерів (Б-1-1-6пт, Б-1-1-7пт, Б-1-1-8пт). Наступні шість балок виготовлені з одного складу бетону і аналогічного армування, проте дві з них виготовлені класично (Б-1-2-1, Б-1-2-2), а чотири – технологією торкретування (Б-1-2-3т, Б-1-2-4т, Б-1-2-5т, Б-1-2-6т)  (рис. 1).

Випробування дослідних балок виконували на 220-280-й день від дати виготовлення і 60-й день з дати підсилення прикладенням зосереджених сил у третинах їх прольоту. Експериментальні і розрахункові значення згинальних моментів, які відповідають граничному стану і руйнуванню, а також їх порівняння наведені в табл. 1 [8].

Результати досліджень. Згідно з програмою та розробленою методикою дослідження виготовили та випробували серію експериментальних зразків, проектний розрахунок яких виконували згідно зі СНиП 2. 03. 01-84* та перевіряли значення згинальних моментів за чинними нормами [6; 7] і розробленим алгоритмом (рис. 2). Під час визначення теоретичної міцності нормального перерізу у формули норм підставляли дійсні величини дослідних зразків і підсилюваного перерізу балки, арматури, призмову міцність бетону, фактичні значення межі плинності арматури.

 

Рис. 1. Схема конструювання дослідних балок:

а – балки Б-1-1-1, Б-1-1-2, Б-1-2-1, Б-1-2-2, Б-1-2-3т, Б-1-2-4т, Б-1-2-5т, Б-1-2-6т; б – балки, що піддані підсиленню торкретуванням Б-1-1-3птс, Б-1-1-4птс, Б-1-1-5птс, Б-1-1-6пт, Б-1-1-7пт, Б-1-1-8 пт.

 

Під час оцінки впливу міцності контактних швів на несучу здатність підсилюваних дослідних балок використовували результати власних досліджень зчеплення торкретбетону з бетонними зразками, а також методику розрахунку контактних швів Голишевим [3]. Тому при підсиленні залізобетонних балок і оцінці впливу зчеплення на нусучу здатність дослідних балок були запропоновані два варіанти контактних швів: 1 – гладка бетонна поверхня; 2 – гладка поверхня з арматурними короткими стрижнями.

З результатів експериментальних випробувань (див. табл.) внаслідок підсилення нарощуванням несуча здатність нормальних перерізів експериментальних зразків істотно збільшилась. Проте значення згинальних моментів у балках (Б-1-1-6пт, Б-1-1-7пт, Б-1-1-8пт) та їх аналогах (Б-1-1-3птс, Б-1-1-4птс, Б-1-1-5птс), підсилених торкретбетоном з використанням анкерів, на 8, 6-11, 1% нижчі. Це зумовлено тим, що за рівня навантаження 0, 75-0, 8 від руйнівного в підсилених балках без анкерів починається часткове розшарування до 10% довжини зони підсилюваного шару торкретбетону і бетону основної балки.

 

Рис. 2. Блок-схема до визначення несучої здатності підсиленого залізобетонного елемента прямокутного перерізу.

 

Порівнюючи розрахункові (за ДБН) та експериментальні значення руйнівних моментів звичайних, підсилених і виготовлених торкретуванням балок, можна побачити, що вони відрізняються. Так, у непідсилених залізобетонних балках вони становлять 2-3%, виготовлених з торкретбетону – 14-19%, підсилених армованим торкретбетоном з анкерами – 25-28%; підсилених армованим торкретбетоном – 15-21%. Аналізуючи значення моментів, визначених за старими нормами (СНиП) і новими (ДБН), можна помітити, що в чинних нормах вони на 2-3% менші, тобто тим самим забезпечують запас міцності.

 

Таблиця

Результати руйнівних згинальних моментів залізобетонних балок, виготовлених і підсилених нарощуванням технологією торкретування. 

 

Висновки. Аналіз виконаних експериментально-теоретичних досліджень показує, що чинні норми забезпечують міцність нормальних перерізів залізобетонних елементів, виготовлених і підсилених торкретуванням, проте дають певний запас міцності, що не враховано в існуючих залізобетонних конструкціях, у тому числі підсилених. Також потребує додаткового вивчення проблема міцності контактних швів за різних рівнів навантаження.

 

1. Барашиков А. Я. Експериментальні дослідження згинаних залізобетонних елементів підсилених різними способами / А. Я. Барашиков, О. П. Сумак, Б. А. Боярчук // Ресурсоекономні матеріали, конструкції будівель і споруд: Зб. наук. пр. – Рівне: РДТУ, 2000. – №5. – С. 294-297.

2. Бліхарський З. Я. Експериментально-теоретичні дослідження міцності залізобетонних балок, підсилених під навантаженням / З. Я. Бліхарський, Я. В. Римар, Д. І. Дубіжанський // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”: Теорія та практика будівництва. – Львів: Вид-во НУ ”ЛП”, 2007. – № 600. – С. 19-22.

3. Голышев А. Б. Проектирование усилений железобетонных конструкций производственных зданий и сооружений / А. Б. Голышев, И. Н. Ткаченко. – К. : Логос, 2001. – 172 с.

4. Микульский В. Г. Склеивание бетона / В. Г. Микульский, В. В. Козлов. – М. : Стройиздат, 1975. – 236 с.

5. Валовой О. І. Міцність контактних швів підсилених залізобетонних конструкцій / О. І. Валовой, Д. В. Попруга // Дороги і мости: Зб. наук. пр. – К. : ДерждорНДІ, 2009. – Вип. 11. – С. 57-64.

6. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування: ДСТУ Б В. 2. 6-156: 2010. – [Чинний від 2011-06-01]. – К. : Мінрегіонбуд України, 2011. – 116 с. – (Національний стандарт України).

7. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення: ДБН В. 2. 6-98: 2009. – [Чинний від 2011-07-01]. – К. : Мінрегіонбуд України, 2011. – 71 с. – (Державні будівельні норми України).

8. Методика експериментальних досліджень залізобетонних балок виготовлених і підсилених торкретуванням / А. В. Мазурак, В. М. Калітовський, М. Я. Юхим [та ін. ] // Дороги і мости: Зб. наук. пр. – К. : ДерждорНДІ, 2009. – Вип. 11. – С. 226-232.