Повышение выносливости железобетонных элементов со сварными стыками арматуры

Низкая выносливость сварных стыков приводит к тому, что действующие в арматуре напряжения приходится снижать путем уменьшения рабочей нагрузки или увеличения площади сечения арматуры.

Для устранения этого недостатка в НИС Гидропроекта был предложен способ повышения выносливости сечений железобетонных элементов со сварными стыками арматуры. Этот способ основывается на следующем: поскольку снижение усталостной прочности рабочей арматуры происходит в сечении, где она соединяется сваркой, то снижать напряжения до допускаемых значений нужно только в этом сечении, для чего зону стыка можно дополнительно армировать короткими плавающими стержнями, заделываемыми в бетон сборных элементов. Такой тип стыка может обеспечить усталостную прочность конструкции при любом виде сварного соединения. Необходимо только знать степень снижения усталостной прочности арматуры для данного типа сварного стыка и соответственно компенсировать это снижение вставкой дополнительных стержней в зону стыка. Статическая прочность такого стыка обеспечивается работой основной арматуры, а динамическая - основной и дополнительной. Прочность такого стыка при динамических и статических нагрузках будет равна прочности монолитного сечения.

Для надежной работы таких стыков при динамических нагрузках необходимо, чтобы была обеспечена надлежащая прочность сцепления дополнительных стержней с бетоном сборных элементов. Прочность сцепления должна быть выше усталостной прочности арматуры и должна быть обеспечена на весь период работы конструкции.

Возможность обеспечения достаточной заделки (растянутой) арматуры в растянутой зоне бетона при наличии в нем трещин определяется сцеплением арматуры с бетоном на участках между трещинами.

Поскольку расстояние между трещинами имеет конечную величину, определяемую типом и количеством арматуры, равномерностью ее распределения по сечению и рядом других факторов, т. е. в растянутой зоне может образоваться только определенное количество трещин, то надежная заделка арматуры, обеспечиваемая сцеплением ее с бетоном на участках между трещинами, вполне возможна. В общей эффективной длине заделки должны учитываться, конечно, только участки с ненарушенным сцеплением. Имеющиеся исследования показывают на возможность сохранения сцепления арматуры с бетоном вплоть до ее усталостного обрыва.

В НИС Гидропроекта были выполнены испытания серии образцов на статические и динамические нагрузки, которые проводились с целью определения длины заделки дополнительных стержней в бетон растянутой зоны сборных элементов и изучения характера распределения напряжения между основной арматурой и дополнительными стержнями.

Для исследования длины заделки дополнительных стержней в растянутой зоне бетона были приняты модели в виде монолитных балок прямоугольного сечения, у которых растянутая арматура состояла из стержней, имеющих перепуск в средней части. В этом случае прочность балки обеспечивается сцеплением арматуры с бетоном растянутой зоны, и работа концевых участков стержней в зоне перепуска аналогична работе дополнительных «плавающих» стержней, усиливающих зону стыка сборных элементов. Дано сопоставление условных эпюр распределения напряжений по длине концевых участков стержней арматуры модельных балок и дополнительных стержней стыков сборных элементов.

При исследовании перепуски были приняты равными 20, 30, 40 и 60 диаметрам рабочей арматуры. Для сопоставления были испытаны монолитные балки со сплошной арматурой, а также монолитные балки со сплошной арматурой, имеющей в середине пролета сварной стык с дополнительным армированием зоны стыка короткими «плавающими» стержнями и без них. Модели испытывались при статических и динамических нагрузках.

При испытании на динамическую нагрузку за базу испытания принималось 2-106 циклов и коэффициент асимметрии р=0,33.