Влияние температурного воздействия на анкеровку арматуры

В статье автор анализирует существующие методики по влиянию повышенных температур на анкеровку арматуры.

Ключевые слова: сцепление, анкеровка, арматура, бетон, повышенная температура, обследование

Повышенные температуры, воздействующие на несущую способность, возникают в основном при пожарах, а также являются неотъемлемой частью технологических процессов.

Несущие конструкции в жилых зданиях в процессе пожара обычно подвергаются огневому воздействию при температуре около 1100 °С, что по ГОСТ 20910–90 соответствует классу бетона по предельно допустимой температуре применения И11. [5].

В настоящее время в промышленном строительстве для крупных металлургических предприятий, предприятий по производству строительных материалов наиболее распространены железобетонные конструкции. Они в большей степени отвечают требованиям огнестойкости и пожаробезопасности, чем металлические конструкции. Если для строительства складов, административных зданий и сооружений хозяйственного назначения целесообразно применять металлические конструкции, то для сооружений предназначенных для выполнения сложных трудоемких технологических процессов при участии повышенных температурных воздействий наиболее целесообразным будет применение железобетона. Высокие температуры являются наиболее распространенным фактором для сталелитейных, прокатных, доменных и цехов термоупрочнения в металлургической промышленности, для участков обжига клинкера при производстве цемента. Для того, чтобы обеспечить необходимую огнестойкость металлических конструкций в условиях постоянных повышенных температур на участках работы плавильных печей необходимо нанесение дорогостоящих огнезащитных составов на поверхности элементов конструкций.

В таблице 1 представлены основные достоинства и недостатки использования металлических и железобетонных конструкций в металлургической отрасли промышленного строительства.

Таблица 1

Достоинства и недостатки применения конструкций из железобетона

С учетом постоянного перевооружения и модернизации оборудования на производствах возникает вопрос в необходимости выполнения обследования существующих конструкций. Определение прочностных характеристик, напряженно — деформированных состояний элементов и узлов, возможность изменения расчётных схем и повышения нагрузок — то, с чем постоянно сталкивается инженер конструктор.

Рис. 1. Выполненная огнезащита металлических конструкций

В данной статье рассматривается вопрос влияния повышенных температур на анкеровку арматуры. Анкеровка — обеспечение восприятия арматурой действующих на нее усилий путем заведения ее на определенную длину за расчетное сечение или устройства на концах специальных анкеров (Рисунок 2).

Рис. 2. Типы анкеровки арматуры: а- сцепление прямых стержней с бетоном; б — крюками; в — лапками; г — петлями; д — приваркой поперечных стержней; 1 — бетон; 2 — анкеруемый стержень

На основании теории сцепления была выведена формула, используемая для определения анкеровки. Базовая длина анкеровки определяется по формуле [1]:

Где площадь сечения стержня;

- расчетное сопротивление арматуры растяжению;

- расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и определяемое по формуле:

Где - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

- коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры;

Обеспечение надежности железобетонных конструкций в условиях воздействия температур зависит от правильного учета деформативных свойств бетона. При воздействии температуры структурные характеристики бетона изменяются в большей степени [6].

В рамках выполнения численного эксперимента рассматриваются нагрев бетона до показателей: 200 и 300°С с длительным воздействием.

При длительном нагреве бетона характеристика определяется путем умножения нормативного показателя на коэфиициент (см. таблицу 2)

Таблица 2

Коэффициенты условий работы бетона при повышенных температурах

В таком случае

Также при длительном нагреве будет изменяться , с учетом добавления коэффициента (см. таблицу 3).

Таблица 3

Коэффициенты условий работы арматуры при повышенных температурах

Таким образом для арматуры Ø12 А400 при длительном нагреве до 200°С показатель — 351 МПа, при длительном нагреве до 300°С показатель — 292,5 МПа.

Согласно выполненным расчетам получены результаты:

Рис. 3. Длина анкеровки при нагреве конструкций.

Базовая длина анкеровки для арматуры:

Ø12 А400–445,7 мм;

Ø14 А400–520 мм.

С учетом температурного воздействия:

При длительном нагреве железобетонной конструкции до 200°С — базовая длина анкеровки арматуры:

Ø12 А400–802,28 мм;

Ø14 А400–936 мм.

При длительном нагреве железобетонной конструкции до 300°С — базовая длина анкеровки арматуры:

Ø12 А400 составляет 1671,42 мм.

Согласно полученным результатам, можно сделать вывод, что при длительном нагреве железобетонных конструкций сцепление арматуры с бетоном уменьшается в значительной степени. Контроль данного параметра необходим при выполнении обследования строительных конструкций, подвергавшихся многократным постоянным температурным воздействиям.

Литература:

1. СП 63.133330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»
2. СП 430.1325800.2018 «Монолитные конструктивные системы. Правила проектирования».
3. ГОСТ Р 54257–2010 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования»
4. СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
5. Т. В. Загоруйко, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: «Бетон повышенной термостойкости для огнестойких железобетонных изделий». Воронеж 2015 г.
6. А. Ф. Милованов, «Железобетонные температуростойкие конструкции». Издательство НИИЖБ, 2005 г.