Влияние вида периодического профиля стержневой арматуры на сцепление с бетоном
В последние годы обоснован выбор геометрии элементов периодического профиля и рациональное их расположение на теле стержня.
Как показали исследования, проведенные в Уральском политехническом институте, требования повышения предела выносливости при действии многократно повторяющейся нагрузки при действии статической нагрузки не противоречат друг другу, а приводят к устранению излишних очагов концентрации напряжений, к проектированию элементов периодического профиля с «мягкими», гладкими очертаниями переходов от поперечных выступов к основному телу стержня. Необходимо было выяснить, не противоречат ли эти требования требованиям наилучшего сцепления с бетоном периодического профиля, обладающего резкими очертаниями выступов.
Таким образом, система «арматура — бетон» при разрушении во время потери сцепления делится на два элемента: стержневую арматуру с конусами спрессованного бетона и остальную часть бетона. Напряжения смятия в клиньях спрессованного бетона достигают больших величин, порядка 5...20-кратной кубиковой прочности. Это свидетельствует о том, что форма боковых скатов поперечных выступов большого значения не имеет. Пологие боковые скаты выполняют роль клиньев спрессованного бетона и обеспечивают одну и ту же распорную силу Н.
Предположение об описанной выше схеме взаимодействия выступов стержней с бетоном, а также о незначительном влиянии характера очертания выступов на сцепление с бетоном было проверено экспериментально.
Исследовали стержни диаметром 16 мм с двумя типами периодического профиля: тип I Wellbond (ШвеДСКЗ. сталь) с резкими очертаниями поперечных выступов и тип II Unisteel (Английская сталь) с мягкими очертаниями поперечных выступов. Сведения о геометрии поперечных выступов типов I и II были получены подробным измерением. Поперечное давление Н и эффект раскалывания бетона получили с помощью выдергивания арматурных прутков из бетонных образцов в виде кубов с размером ребра 150 мм, по два прутка с противоположных сторон куба (рис. 2). Схема испытаний заимствована у В. С. Гольдфайна и В. В. Зайцева.
Средняя кубиковая прочность бетона ко времени испытания основных образцов составляла=31,625 Н/мм2 со средним квадратичным отклонением 0,681 Н/мм2. При испытании цилиндров на растяжение методом раскалывания получена средняя прочность на растяжение2,254 Н/мм2 и S= 0,1963 Н/мм2, что в относительных единицах в 4 раза больше, чем для прочности на осевое сжатие. Начальный модуль упругости 26103,4 Н/мм2.
Схема испытаний предусматривала работу арматуры на выдергивание до потери сцепления вследствие развития распорных сил И и раскалывания бетонных образцов во время разрушения. Для выяснения особенностей работы бетонного образца на его боковые поверхности наклеивали горизонтальные и вертикальные тензометрические датчики с базой 60 мм и ценой деления 1Х10-6 в относительных деформациях (см. рис. 2).
Данные по сцеплению, полученные при использовании предложенной методики, достаточно близки к результатам, полученным по наиболее распространенной методике выдергивания арматуры из призм с упором в торец. В то же время эта методика испытаний позволяет лучше вскрывать механизм сцепления арматуры периодического профиля с бетоном.
Среднее сцепление в опытах достигало тсц = 3,8 Н/мм2. В процессе выдергивания стержней появились распорные силы, которые раскладывали бетонные образцы.
Средний результат для серии I Nx = = 55,6 кН превышает средний результат для серии II Nv = 49,59 кН на .Д0,8%. Среднее квадратичное отклонение в опытах серии II (S=3,639 кН) больше, чем в опытах серии I (S=2,714 кН). Соответственно коэффициент вариации V=7,34% и Vv = 4,88%. Обследование арматурных стержней после разрушения образцов показало, что под выступами с резкими очертаниями оставались клинья смятого, спрессованного бетона. На стержнях с плавными выступами следы бетона под выступами не обнаружены. Это соответствовало расчетной схеме зацепления. По-видимому, во втором случае угол скатов поперечных выступов (ф = 48,5°) близок к оптимальному, и для зацепления стержня за бетон не требовалось образования клиньев смятого бетона.
Результаты испытаний образцов обеих серий подвергали статистической обработке для проверки вида их распределения и воспроизводимости опытов в различных сериях. Сравнение средних результатов испытаний с учетом небольшой разницы в площади зацепления показало, что для разных серий величина распора одинакова.
Следовательно, независимо от характера очертания наклонных выступов сцепление стержневой арматуры с бетоном почти идентично. Независимо от вида периодического профиля стержневая арматура по характеру зацепления на бетон является преимущественно распорной.
Стержневая арматура любого периодического профиля одинаково раскалывает окружающий бетон, особенно в тонкостенных конструкциях.