Причина обрушения предварительно напряженной железобетонной фермы, армированной сталью 20ХГ2Ц
Особенностью развития сборного железобетона в Советском Союзе является преимущественное применение высоко прочной стержневой арматуры, которая выпускается либо в виде горячекатаной стали с применением легирующих добавок (20ХГ2Ц, 23Х2Г2Ц, 80С), либо термически упрочненной.
Исследованиями последних лет, проведенными у нас и за рубежом, установлено, что термически упрочненные стали проявляют склонность к хрупкому растрескиванию при совместном воздействий на образец напряжений и коррозионно-активной среды Известны случаи аварии конструкций, армированных термически упрочненной арматурой, при сочетании агрессивных и силовых воздействий.
Все это явилось основанием для введения ограничений в использовании в агрессивных средах железобетонных конструкции, армированных термически упрочненной арматурой, что нашло отражение в указаниях СН 262—67 и СН 250—65.
В центральной лаборатории коррозии НИИЖБ в 1968 г, исследовались коррозионные свойства арматуры 20ХГ2Ц. Связано это было с расследованием причин обрушения 8-метровой железобетонном фермы ФАКС G-18-5A (серии ПК-01-28, вып. 9) па производственном механического завода Размеры корпуса в плане 150.4 ла 72 м, высота колонн 7,2 м. Корпус перекрывался железобетонными фермами про летом 18 м, которые по наружным стенам опирались на колонны, а по внутренним рядам — на подстропильные фермы Обрушившаяся ферма располагалась в крайнем ряду, авария произошла в период строительства, через 8 месяцев после изготовления фермы и через 6,5 месяца после сс монтажа (рис. I н 2).
Образцы арматуры из концевых участков фермы были испытаны на разрывной машине с определением прочностных и деформативных характеристик Результаты приводятся в таблице.
Для сравнения в таблице приведены механические свойства этой арматурной стали согласно сертификату Челябинского металлургического завода н протокола испытаний на заводе железобетонных изделий.
Детальное обследование фермы показало, что п.т 8 стержней имели (см. рис. 3). Сильная коррозии их торцов и места обрыва свидетельствует о том. что между моментом обрыва отдельных стержнем н обрушением фермы был значительный промежуток времени. Вес сосредоточены пояса менее 1.5 -и между узлами 2 п 3. Содержание и бетоне хлорном на этом участке оказалось максимальным. Следует отметить, что При изготовлении фермы соли не ппредусматривалось, н попала она п бетон случайно, видимо при транспортировании бетонном смеси.
Проведенные ранее исследования пока шли. что среды, содержащие попы хлора, могут вызывать коррозионное растрескивание сталей, склонных к этому виду разрушения.
Так арматурные стержни из стали марок Ст.5 н 35ГС. термически упрочненные на установках типа ЭТУ. напряженные до 0.7 через 8—10 месяцев нахождения в песке, увлажненном 3%-ным раствором NaCI
По общепринятому методу определения склонности стали к коррозии под напряжением в растворе состава. ООО в. ч. азотнокислого кальция. 50 в. ч. азотнокислого аммония п 350 в. ч. воды были испытаны на склонность к коррозионному растрескиванию арматурные стержни из стали марки 20ХГ2Ц. вырезанные из концевых участков фермы, где бетон не содержал конов хлора.
Каждый стержень натягивался па стальную рамку при помощи домкрата и фиксировался прокладками. В качестве анкеров применялись опрессованные стальные гильзы из стали марки Ст.З. Контроль натяжения производился датчиками или измерителем деформаций Напряжение в стержнях находилось на уровне условного предела текучести.
Рамка с натянутыми стержнями помещалась в кипящий нитратный раствор. В интервале 80—172 ч все образцы растрескались, разрыв стержней быт хрупкий, без шейки, что свидетельствует об определенной склонности к коррозии под напряжением использованной стали.
Для сравнения в кипящих нитратных растворах были испытаны образцы стали 20ХГ2Ц диаметром 12 ми из другой плавки, химический состав которой соответствовал ГОСТ 5058—05 (0,24% С; 0.59% Si; 1,75% Мп. 0.017% S; 0,0292% Р) Стойкость стали при напряжении равном сг0 2 составила 45—61 ч. а При увеличении напряжения до 0.75 сгп уменьшилась до 11—24 ч.
Произведенные испытания указывают на то, что арматурная сталь марки 20ХГ2Ц, находясь под совместным воздействием напряжений и коррозионноактивной среды, проявляет ярко выраженную склонность к хрупкому разрушению Вопрос о степени склонности к коррозионному растрескиванию высокопрочных арматурных сталей отечественного производства требует детального изучения.
Выводы
Причиной обрушения фермы явилась коррозия находившейся под напряжением арматуры нижнего пояса вследствие местного засоления бетона Это вызвало хрупкие обрывы стержней (непосредственно перед обрушением фермы рабочее сечение растянутой арматуры было примерно равно 2.5 018.ton).
Обстоятельства аварии и результаты исследования показывают, что склонность к коррозионному растрескиванию проявляют не только термически упрочненные стали, но и высокопрочные горячекатаные. Ввиду этого необходимо с осторожностью применять их в конструкциях, предназначенных д ля агрессивных сред.