Tags: строительство журнал бетон и железобетон
Year: 2013
Text
И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ БЕТОН И ЖЕЛЕЗОБЕТОН
ЖУРНАЛ
3(582)
Июнь 2013
Издается с апреля 1955 г. УчрбДИТбЛИ!
НИИЖБ, ВНИИжелезобетон
СОДЕРЖАНИЕ
ДАВИДЮК А.Н., ВОЛКОВ Ю.С.
НИИЖБ им. А.А. Гвоздева - 85 лет 2
МУХАМЕДИЕВ ТА. Проектирование усиления
железобетонных конструкций композиционными материалами 6
АРПЕНИНОВ П.Д., КРЫЛОВ С.Б. Опыт совместного
использования уравнений теории ползучести и современных
программных расчетных комплексов 9
БОЛГОВ А.Н., СОКУРОВ А.З., АЛЕКСЕЕНКО Д.В.
Продавливание крайних узлов сопряжения плита-колонна,
усиленных вклеенной поперечной арматурой 11
СТЕПАНОВА В.Ф., СОКОЛОВА С.Е., ПОЛУШКИН А.Л.
Эффективные способы вторичной защиты железобетонных
конструкций на основе полимерных композиций 14
САГАЙДАК А.И. Современное состояние стандартов
по акустической эмиссии 16
ШАШИН А.Ф., ОЛЕЙНИК М.Ю., ОВЧИННИКОВ Е.Н., СУХАНОВ А С.
Новое отечественное оборудование для арматурных сеток 20
ГИЛЯЗИДИНОВА Н.В., РУДКОВСКАЯ Н.Ю., САНТАЛОВА Т.Н.
Коррозийная стойкость шлакобетонов 24
ЗАИКИН В.Г. Применение метода автоматизированного
перераспределения усилий компьютерного расчета для
монолитных плит перекрытий безригельного каркаса 25
ТИМОФЕЕВ Ю.Л. Электрохимические способы
защиты бетона от коррозии 28
РОЩИНА С.И., ШИШОВ И.И., КАПЦОВА Е.Н., ЭЗЗИХ.
Покрытие здания на сборно-монолитных стропильных
конструкциях 30
Москва
Издательство
«Ладья»
Журнал зарегистрирован в Министерстве печати и информации РФ. Рег. Ne 01080
© Издательство «Ладья», журнал «Бетон и железобетон», 2013
РНЕ НИИЖБ
1C 85 лет
А.Н. ДАВИДЮК, директор НИИЖБ им А.А.Гзоздева, д-р техн. наук;
Ю.С. ВОЛКОВ, ученый секретарь НИИЖБ им А.А.Гзоздева, канд. техн. наук
НИИЖБ им. А.А. ГВОЗДЕВА - 85 ЛЕТ
Бетон вносит существенный, если не решающий,
вклад в создание материальной основы среды обита¬
ния современной цивилизации. Без бетона мир был
бы совершенно другим. Из железобетона возводятся
промышленные и жилые здания, объекты соцкульт¬
быта, плотины, энергетические комплексы, телебаш¬
ни и многое другое. Самая высокая в мире телебаш¬
ня построена из железобетона. Самые высокие зда¬
ния на всех континентах построены с применением
монолитного железобетона, в том числе мировой ре¬
кордсмен - небоскреб "Бурж Халифа" в Дубае, высо¬
та которого 828 м. При строительстве небоскреба бе¬
тонную смесь подавали насосами на высоту более
600 м, что также является мировым рекордом.
За последнее двадцатилетие железобетон уве¬
ренно расширяет области своего применения в стро¬
ительстве, вытесняя другие строительные материа¬
лы, прежде всего стальной прокат. После обрушения
вследствие пожара зданий со стальным каркасом
Всемирного торгового центра в Нью Йорке в больши¬
нстве проектов высотных зданий стальные каркасы
были заменены на железобетонные. Железобетон
намного лучше сопротивляется воздействию огня,
поскольку его удельная теплопроводность в 40 раз
ниже аналогичного показателя у стали.
Обширной областью применения железобетона
являются инженерные сооружения: градирни, трубы,
резервуары, защитные оболочки АЭС и другие.
Современные градирни представляют собой вну¬
шительные сооружения высотой до 200 м при диа¬
метре основания 120 м. Резервуары для хранения
воды, сжиженного газа и т.д. могут достигать объема
в несколько сот тысяч кубометров. Преимуществен¬
ное применение железобетона в конструкциях зда¬
ний является одним из способов смягчения негатив¬
ного воздействия глобального потепления климата
на планете. По этой проблеме в Европейском парла¬
менте состоялись даже специальные слушания. На
здания в Европе приходится 40% потребления всей
вырабатываемой энергии (промышленность потреб¬
ляет 28%). Массив железобетонных конструкций су¬
щественно увеличивает тепловую инерцию зданий.
Результатом является снижение расхода энергии на
отопление зданий зимой и на их охлаждение летом.
Современные позиции железобетона по видам
строительства представлены в таблице.
Строительство, по выражению Нобелевского ла¬
уреата по экономике Василия Леонтьева, это скелет
народного хозяйства любой развитой страны. Прог¬
ресс в экономике реализуется главным образом че¬
рез наращивание строительной деятельности, и Рос¬
сия не исключение. В свою очередь, материальное
обеспечение строительства напрямую зависит от
Вид строительства
Позиция
Несущие и ограждающие конструкции
зданий различного назначения
Доминирующая
Высотные здания
Прогрессирующая
Дороги
Доминирующая
Мосты автодорожные
Доминирующая
Тоннели
Доминирующая
Дамбы, плотины
Доминирующая
Инженерные сети
Доминирующая
Подземное строительство
Доминирующая
Градирни, объекты энергетики,
защитные сооружения
Доминирующая
производства строительных материалов. Мировые
объемы производства строительных материалов в
миллионах тонн представлены ниже:
дерево - 4000, пластмассы и резина - 300, сталь -
1400, гипс - 250, известь - 130, стекло - 120, це¬
мент - 3500, бетон - 21000.
Из приведенных данных видно, что объемы при¬
менения бетона и железобетона более чем вдвое пре¬
вышают соответствующие показатели всех остальных
строительных материалов вместе взятых. Одним из
важнейших показателей экологичности производства
стройматериалов является энергетический. Расход
энергии на производство некоторых строительных ма¬
териалов (в МДж/т), по немецким данным, составляет:
портландцемент - 4000-5000; кирпич - 2600; железо¬
бетон класса В25 - 2000; строительная сталь - 32000.
Бетон, применяемый повсеместно, вносит свою лепту
в глобализацию мировой экономики. После воды он
как материальная субстанция стоит на втором месте
по объемам использования.
В России на производство сборного и монолитно¬
го железобетона расходуется более 70% всего вы¬
пускаемого цемента и 30% нерудных строительных
материалов. В стоимостном выражении всего на бе¬
тон и железобетон приходится около 60% от стои¬
мости всех применяемых в строительстве материа¬
лов. Таким образом, эффективность функциониро¬
вания отрасли производства бетона и железобетона
в значительной мере определяет уровень всей про¬
мышленности стройматериалов.
Ордена Трудового Красного Знамени Научно-ис-
следовательский, проектно-конструкторский и тех¬
нологический институт бетона и железобетона им.
А.А. Гвоздева, отметивший недавно 85-летие со дня
основания, является одной из ведущих организаций,
осуществляющих научно-техническое обеспечение
развития строительного комплекса Российской Феде¬
рации. Отсчет своей истории НИИЖБ ведет от дале¬
кого 1927 г., когда был создан первый в стране науч¬
но-исследовательский институт в строительной от¬
2
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
расли - Государственный институт сооружений
(ГИС). Последний вскоре претерпел ряд реорганиза¬
ций: сначала во Всесоюзный государственный науч¬
но-экспериментальный институт гражданских, про¬
мышленных и инженерных сооружений (ВИС), а за¬
тем в Центральный научно-исследовательский инс¬
титут промышленных сооружений (ЦНИИПС). Круп¬
нейшим строительным подразделением в ЦНИИИПС
был Сектор бетона, железобетонных и каменных
конструкций в составе трех лабораторий. Сектор в
30-х годах носил почетное звание "Краснознамен¬
ный", что в политических реалиях того времени бы¬
ло признанием его заслуг перед быстро прогресси¬
рующей строительной отраслью страны. В общем
объеме научных работ ЦНИИПС в те годы тематика
по бетону и железобетону занимала более 40%. Кол¬
лектив сектора составил впоследствии кадровую ос¬
нову образованного постановлением Правительства
в 1956 г. уже самостоятельного научно-исследова¬
тельского института бетона и железобетона, ныне
НИИЖБ им А.А.Гвоздева.
НИИЖБ с самого начала уделял большое внима¬
ние информационному обеспечению быстро разви¬
вающейся отрасли производства и применения бето¬
на и железобетона. Руководство по проектированию
составов бетона, разработанное упомянутым Секто¬
ром, за период с 1931 по 1939 гг. выдержало пять из¬
даний. В нарастающих объемах разрабатывались и
пересматривались заново нормативные и рекомен¬
дательные документы. Основные ГОСТы, СНиПы и
Пособия к ним нередко издавались в количестве
200-300 тыс. экземпляров. Был организован выпуск
ежемесячного научно-технического и производствен¬
ного журнала "Бетон и железобетон", тираж которого
в отдельные годы достигал почти 20 тыс. экземпля¬
ров. Только за период с 1970 по 1977 гг. было изда¬
но 62 сборника научных трудов, более 20 моногра¬
фий, 110 рекомендательных документов, опублико¬
вано более 1000 статей в периодической печати. За
рубежом в трудах конгрессов и конференций было
представлено около 80 докладов и сообщений.
Многие научно-технические разработки в строи¬
тельной отрасли, на протяжении прошедших десяти¬
летий фактически сформировавшие облик этой от¬
расли, вышли из недр института. Следует остано¬
виться на некоторых направлениях, определивших в
целом научно-технический прогресс строительной
отрасли на длительный период, и поныне определя¬
ющие его уровень.
Переход на всесезонное строительство в на¬
чале 30-х годов было требованием времени. Пос¬
кольку основные объемы работ выполнялись в мо¬
нолитном бетоне и железобетоне, потребовалась
разработка методов зимнего бетонирования. Снача¬
ла это осуществили методом "термоса", заключав¬
шемся в укладке бетонной смеси, приготовленной на
подогретых заполнителях, с последующим укрытием
теплоизоляционными материалами, затем с приме¬
нением электрообогрева. Экспериментальные ис-
НИИЖБ НК
85 лет РЕ
следования в этой области первоначально велись в
ЦНИИПСе, а позднее в НИИЖБе, где была организо¬
вана специализированная лаборатория по этой
проблеме. В дальнейшем были разработаны и наш¬
ли широкое применение предварительный электро¬
разогрев, индукционный метод, греющая опалубка и
другие. Из общего объема в 100 млн. кубометров мо¬
нолитного бетона и железобетона в 80-х годах почти
половину составил бетон, укладываемый зимой. Эти
пропорции сохранились и сейчас.
Значительная трудоемкость монолитного строи¬
тельства зданий (недостаток, и поныне сохраняю¬
щийся в отечественном монолитном строительстве)
сделали неизбежным развитие сборного строи¬
тельства. Особенно бурно строительство из сбор¬
ных железобетонных конструкций начало развивать¬
ся в стране после Постановления Правительства
1954 г. Переход от монолитных конструкций к сбор¬
ным снижал трудоемкость возведения объектов до
50%, а сроки строительства сокращались в несколь¬
ко раз, особенно в зимний период. За 10 лет, с 1954
по 1965 гг., производство сборного железобетона вы¬
росло в 20 раз. На 1 млн. рублей строительно-мон¬
тажных работ объем применения сборного железо¬
бетона вырос за этот период в 7 раз. Темпы роста
были невиданными в сравнении с любой другой от¬
раслью промышленности. В общем объеме приме¬
нения железобетона в строительстве доля сборных
конструкций достигала 60%.
Путь сборного железобетона в широкую строи¬
тельную практику был непростым. Противников его
применения было предостаточно. Развитие техноло¬
гии бетона шло по пути монолитного строительства.
Для пропаганды преимуществ ведения сборного
строительства из железобетона в марте 1933 г. была
организована трёхдневная конференция под брос¬
ким названием "Всесоюзно-технический суд над
сборным железобетоном”, собравшая специалистов-
строителей, помимо Москвы и Ленинграда, из мно¬
гих городов - Челябинска, Запорожья, Ростова-на-
Дону и др. Было "допрошено" более 20 "свидетелей".
Роль "обвинителей" взяли на себя заведующий ла¬
бораторией железобетонных конструкций профес¬
сор А.А. Гвоздев и инженер А.З. Чериковер.
Председатель "суда", заместитель начальника
Главстройпрома СССР Г.А. Левинсон, во вступитель¬
ном слове сказал: "...на скамье подсудимых сегодня
сидит не отдельная стройка, а метод". В результате
бурной дискуссии метод сборного строительства "су¬
дом" был полностью оправдан и, более того, вошёл
в Директиву по капитальному строительству очеред¬
ной Всесоюзной партийной конференции, что в реа¬
лиях того времени означало придание политическо¬
го значения преимущественному применению сбор¬
ного железобетона.
В современном строительстве сборный железо¬
бетон широко применяется в промышленном и дру¬
гих видах строительства и главное в жилищном стро¬
ительстве. В улучшении жилищных условий населе-
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
3
■ НИИЖБ
85 пет
ния преимущественное применение сборного желе¬
зобетона сыграло решающую роль. К началу 90-х го¬
дов в СССР 80% семей проживали в отдельных
квартирах.
Предварительно напряженный железобетон.
Создание напряженного состояния в конструкции,
когда на стадии изготовления знак напряжения в ма¬
териале противоположен знаку напряжений от прик¬
ладываемой впоследствии эксплуатационной наг¬
рузки, является одним из крупнейших достижений
инженерной мысли XX века. Техническая концепция
создания предварительного напряжения арматуры
железобетонных конструкций была разработана в
30-х годах одновременно во Франции и в России. За
счет создания предварительного напряжения, напри¬
мер в плитах перекрытий, расход арматуры может
быть снижен на 25-40%, по сравнению с плитами с
обычной арматурой, а в балках соответственно на
50%. К началу 80-х годов на долю предварительно
напряженных конструкций приходилось более 20%
общего объема сборного железобетона, что в абсо¬
лютных показателях составляло около 30 млн. кубо¬
метров. В государственной статистической отчетнос¬
ти объемы производства предварительно напряжен¬
ных железобетонных конструкций были представле¬
ны отдельной строкой.
Формирование нормативной базы в области
бетона и железобетона всегда было одной из глав¬
ных задач НИИЖБа. За время своего существования
институтом были разработаны основные строитель¬
ные нормы и правила по расчету железобетонных
конструкций, обеспечению их долговечности, техно¬
логии производства бетонных работ. Были разрабо¬
таны десятки стандартов на бетоны, заполнители,
арматуру, химические добавки и методы их испыта¬
ний. НИИЖБ им. А.А. Гвоздева является разработчи¬
ком и автором (по некоторым документам - соавто¬
ром) основополагающих нормативов, включённых в
Перечень, утверждённый Правительством РФ, наци¬
ональных стандартов и сводов правил, в результате
применения которых на обязательной основе обес¬
печивается соблюдение требований Федерального
закона Ф3-384 "Технический регламент безопаснос¬
ти зданий и сооружений", в том числе:
- СНиП 52-01 "Бетонные и железобетонные
конструкции";
- СНиП 2.03.04 "Бетонные и железобетонные
конструкции, предназначенные для работы в услови¬
ях воздействия повышенных и высоких температур";
- СНиП 2.03.11 "Защита строительных конструк¬
ций от коррозии";
- СНиП 3.03.01 "Несущие и ограждающие
конструкции".
- СНиП II-7 "Строительство в сейсмических
районах”;
- ГОСТ 27751 "Надёжность строительных
конструкций и оснований"; ГОСТ 53778 "Здания и со¬
оружения. Правила обследования и мониторинга
технического состояния".
Институт является автором основных норматив¬
но-технических документов по технологии бетона, в
том числе ГОСТ 26633 "Бетоны тяжелые и мелкозер¬
нистые", ГОСТ 25820 "Легкие бетоны", ГОСТ 7473
"Смеси бетонные", ГОСТ 24211 "Добавки для бето¬
нов и растворов", всего около 70 национальных
стандартов.
Помимо СНиП, стандартов и пособий, НИИЖБом
за прошедшие годы было подготовлено около 300
рекомендательных документов. Они охватывали ши¬
рокий спектр вопросов, связанных с использованием
новых видов бетона и арматуры, с применением на
практике отдельных научных разработок института.
Значительная часть "Рекомендаций" была подготов¬
лена для проектировщиков и содержала более под¬
робное разъяснение отдельных положений СНиП и
стандартов.
Использование упомянутых выше документов в
заводских и построечных лабораториях, проектных
институтах, написании учебников, лекционной рабо¬
те в строительных вузах и техникумах обеспечило
институту тот высокий авторитет, которым он пользу¬
ется и поныне. К концу 80-х годов более чем в 30
строительных вузах были организованы специализи¬
рованные кафедры железобетонных конструкций.
Многие из них имеют тесные творческие контакты с
НИИЖБом, и нередко их возглавляют выпускники ас¬
пирантуры института. Всего для строительного комп¬
лекса страны с 1957 г. НИИЖБом было подготовлено
более 1000 специалистов высшей квалификации -
кандидатов и докторов технических наук.
Все нормативные документы вплоть до 1990 г.
разрабатывались, составлялись и пересматрива¬
лись на основании результатов обширных научных
исследований. Примерно 2/3 объема финансирова¬
ния строительной науки осуществлялось из государ¬
ственного бюджета. При Госстрое СССР существо¬
вала система комитетов по координации научных ис¬
следований в строительстве. Работа координацион¬
ного комитета по бетону и железобетону, который
возглавлял НИИЖБ, охватывала почти 500 организа¬
ций. Адекватное финансирование науки и позволило
создать доныне действующую нормативную базу
строительства.
Опираясь на эту нормативную базу, до 1990 г. в
России ежегодно проектировалось и строилось поч¬
ти 100 млн. кв. метров жилья (показатель, который
сейчас планируется достичь не ранее 2016 г.), были
спроектированы и построены такие промышленные
гиганты, как Северсталь, Липецкий металлургичес¬
кий завод, АвтоВАЗ, АтомМаш, электростанции, тру¬
бопроводы и т.д.
Годы "реформ" сказались весьма негативно на
состоянии строительной науки. Полностью прекрати¬
лось финансирование поисковых научно-исследова¬
тельских работ. Тем не менее, научно-технический
потенциал института сохранился. Коллектив НИИЖБ
им. А.А. Гвоздева продолжает широко привлекаться
к решению многочисленных проблем строительной
4
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
отрасли страны. Специалисты НИИЖБ принимали
активное участие в строительстве и научно-техни¬
ческом сопровождении многочисленных крупных и
уникальных объектов. Только в Москве среди таких
объектов можно назвать храм Христа Спасителя, мо¬
нумент Победы на Поклонной горе, высотные здания
ММДЦ "Москва-Сити", высотные здания на проспек¬
те Маршала Жукова и на ул. Наметкина, библиотека
МГУ им. Ломоносова, Лефортовский транспортный
тоннель, третье транспортное кольцо, восстановле¬
ние Останкинской телебашни после пожара, участие
в реконструкции Большого театра, Устьинского, Ас¬
таховского и Новоспасского мостов и многие другие
здания и сооружения. В сотрудничестве с металлур¬
гическими предприятиями НИИЖБ создал основные
виды ныне широко применяемой стержневой и про¬
волочной арматуры различных классов. Важной
частью работы института является мониторинг и
оценка состояния железобетонных конструкций раз¬
личного назначения, выдача рекомендаций по оцен¬
ке надежности и остаточного ресурса работы желе¬
зобетонных конструкций, в том числе таких ответ¬
ственных, как конструкции эксплуатируемых АЭС Би-
либинской, Нововоронежской, Курской и др.
Свидетельством технического прогресса в техно¬
логии бетона является все более высокая прочность
получаемых бетонов. Динамика роста максимальной
прочности бетона при сжатии (в МПа) за послед¬
ние 70 лет такова: 1940 г. - до 40; 1950 г. - 50...55;
1960 г. - 50...60; 1970 г. - 60...70; 1980 г. - 80...90;
1990 г. - 100...120; после 2000 г. - 130...145 МПа,
2010 г. - 200 МПа. Следует подчеркнуть, что рост
значений максимально достигаемых прочностей бе¬
тонов на плотных заполнителях за анализируемый
период существенно опережал рост активности то¬
варных цементов, что было результатом разработки
и применения химических добавок.
В НИИЖБе разработаны особо долговечные бе¬
тоны, обладающие морозостойкостью до 1000 цик¬
лов замораживания и оттаивания и водонепроница¬
емостью при давлении в 20 атмосфер. Применение
таких бетонов практически снимает проблему преж¬
девременного исчерпания эксплуатационного ресур¬
са железобетонных конструкций. Особенно перспек¬
тивно применение таких бетонов в транспортном
строительстве, поскольку в Росссии свыше трети
протяженности автомобильных дорог федерального
значения и мостовых сооружений на них требуют ре¬
монта из-за ускоренной деградации применённых
материалов. Анализ фактических сроков службы до¬
рожных покрытий показывает, что в сопоставимых
условиях эксплуатации цементобетонные дорожные
покрытия имеют в среднем в 1,6-2 раза более про¬
должительный срок службы, чем асфальтобетонные.
Важные результаты были получены в НИИЖБ
им. А.А. Гвоздева при исследовании расширяющих¬
ся вяжущих, предназначенных для производства бе¬
тонов с компенсированной усадкой. В бетонах на
этих вяжущих нет деформации усадки, что исключа-
НИИЖБ ЩШ
85 лет ЯК
ет образование трещин в процессе твердения бето¬
на. Это особенно важно для протяженных монолит¬
ных конструкций, таких как дороги, взлетно-посадоч¬
ные полосы аэродромов, спортивные сооружения и
т.п. Благодаря особенностям структуры такие бетоны
являются практически водонепроницаемыми, обла¬
дают высокой морозостойкостью и устойчивостью к
воздействию агрессивных сред, что существенно
снижает эксплуатационные затраты.
Таким образом, по уровню технических и эконо¬
мических показателей железобетон является основ¬
ным конструкционным материалом современности,
лидируя в общей структуре мирового производства
строительной продукции. Он фактически является
безальтернативным материалом для применения в
жилищном, гражданском, дорожном, промышленном
и других видах строительства.
Основными направлениями научно-технической
деятельности в области бетона на ближайшую перс¬
пективу являются:
- разработка, исследование и совершенствова¬
ние бетонов в части повышения строительно-техни-
ческих свойств, обеспечивающих гарантированные
сроки эксплуатации зданий и сооружений не менее
50 лет, в том числе особо прочных, особо легких,
ячеистых, самонапряженных, огне- и жаростойких,
особо плотных, морозостойких, коррозионностойких,
кислотостойких, полимерных, фиброармированных,
мелкозернистых, самоуплотняющихся и др.;
- исследование и разработка широкой гаммы хи¬
мических добавок, в том числе ускорителей тверде¬
ния, противоморозных добавок, комплексных моди¬
фикаторов полифункционального действия, позво¬
ляющих отказаться от вибрации при укладке и теп¬
ловой обработке бетона для ускорения набора проч¬
ности, повышающих его стойкость и долговечность;
- развитие технологий, позволяющих снизить в
полтора раза энергозатраты на производство бетонов;
- исследование и разработка материалов, в том
числе сухих смесей, для выполнения ремонтных ра¬
бот и реконструкции зданий и сооружений;
- развитие технологии использования в произво¬
дстве бетона отходов и вторичных продуктов про¬
мышленности, энергетики и сельского хозяйства, в
первую очередь, зол, шлаков, а также материалов от
утилизации сносимых бетонных и железобетонных
конструкций;
- совершенствование нормативной базы приме¬
нения бетона и железобетона в проектной и произво¬
дственной практике.
Построенные здания и сооружения, объекты инф¬
раструктуры составляют более 60% накопленного на¬
ционального богатства (или, как иногда говорят, - ос¬
новных фондов) России. Не менее 2/3 этих фондов
составляют здания и сооружения из бетона и желе¬
зобетона, построенные во второй половине прошло¬
го века. В стоимостном выражении это сотни трилли¬
онов рублей. Построенные здания устаревают, тре¬
буют проведения ремонтных работ, а морально и
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
5
■ НИИЖБ
85 лет
физически устаревшие - вывода из эксплуатации. До¬
ля затрат на эти цели в развитых странах в долях от
нового строительства составляет от 30 до 50%. Отсю¬
да вытекает важная задача разработки надежных вы¬
сокопроизводительных способов ремонта железобе¬
тонных конструкций, а при разрушении объектов - ин¬
дустриальных способов переработки бетонного лома.
По уровню технических и экономических показа¬
телей и по объемам применения бетон и железобе¬
тон существенно доминируют по сравнению с други¬
ми строительными материалами. Поэтому технико¬
экономический эффект от практического примене¬
ния той или иной разработки может быть весьма
ощутим. Так, исследования норвежских специалис¬
тов, проведенные недавно, показали, что финанси¬
рование исследований в области бетонов высоких
технологий (было проанализировано 130 проектов,
где использован такой бетон) дало прибыль за пери¬
од 1984-2000 гг., в 19 раз превышающую первона¬
чальные затраты.
Проблемы дальнейшего развития бетона и желе¬
зобетона являются предметом широкого интернаци¬
онального сотрудничества. В мире создан и эффек¬
тивно работает целый ряд организаций, таких как
Международная федерация по железобетону (FIB),
Европейская ассоциация по бетонным дорогам
(EUPAVE), Европейская ассоциация по готовым бе¬
тонным смесям (ERMCO), Европейская ассоциация
по сборному железобетону (BIBM), Международный
союз лабораторий по испытанию материалов
(RILEM), Американский институт бетона, имеющий
региональные отделения более чем в 20 странах
(ACI), Международная организация по стандартиза¬
ции (ТС71 ISO) и др. Эти организации имеют в своем
составе десятки технических комитетов, регулярно
проводят конгрессы и симпозиумы.
Дальнейшее развитие современной цивилиза¬
ции невозможно представить без железобетона. Ка¬
чество этого развития, например обеспечение рос¬
сийского населения жильем, создание безопасной
среды обитания в наших городах в значительной ме¬
ре зависит от состояния производства основного
строительного материала современности - железо¬
бетона.
ТА. МУХАМЕДИЕВ, д-р техн. наук
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
КОМПОЗИЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
В последние годы усиление железобетонных
конструкций успешно производится с использовани¬
ем современных композиционных материалов. Уси¬
ление обычно осуществляется путем устройства
системы внешнего армирования из элементов, изго¬
товленных из композиционных материалов: холстов,
ламинатов или сеток.
Отечественные нормативные документы, уста¬
навливающие правила расчета и проектирования
конструкций, усиленных элементами из таких мате¬
риалов, на сегодня отсутствуют. Поэтому при проек¬
тировании усиления железобетонных конструкций
композиционными материалами проектировщики ис¬
пользуют зарубежные нормативные документы [1-4]
или разработанные на их основе стандарты органи¬
заций и руководства. При этом расчетные зависимос¬
ти зарубежных норм часто используются без обосно¬
вания возможности их прямого применения в методи¬
ках расчета, принятых в отечественных нормах про¬
ектирования железобетонных конструкций. Такой
подход может приводить к неэкономичным, а в неко¬
торых случаях - и к ненадежным конструктивным ре¬
шениям усиления. В связи с этим Минрегионом РФ
было принято решение о разработке Свода правил
"Усиление железобетонных конструкций композици¬
онными материалами. Правила проектирования".
К настоящему времени авторским коллективом
из специалистов НИИЖБ им. А.А. Гвоздева и ЗАО
"Триада-Холдинг" совместно со специалистами ряда
6
специализированных организаций подготовлен про¬
ект первой редакции такого Свода правил (СП). Про¬
ект СП содержит указания по расчету и проектирова¬
нию восстановления и усиления железобетонных
конструкций элементами из композиционных мате¬
риалов на основе углеродных, арамидных и стеклян¬
ных волокон. Указания проекта СП распространяют¬
ся на проектирование усиления или восстановления
железобетонных конструкций зданий и сооружений
различного назначения путем устройства внешнего
армирования из элементов в виде тканей, лент и ла¬
минатов, изготовленных из композиционных матери¬
алов. Область действия проекта СП ограничивается
железобетонными конструкциями из тяжелого и мел¬
козернистого бетонов, на которые распространяются
указания СП 63.13330.2012 [5]. Для удобства исполь¬
зования проектировщиками структура проекта СП
принята аналогичной структуре [5].
Проект Свода правил содержит десять разделов.
В соответствии с общими требованиями к структуре
нормативных документов первые три раздела проек¬
та СП содержат сведения об области его примене¬
ния, нормативных ссылках, об используемых в СП
терминах и их определениях.
Четвертый раздел ("Общие требования") содержит
перечень требований к усилению железобетонных
конструкций композиционными материалами, выпол¬
нение которых обеспечивает безопасность и эксплуа¬
тационную пригодность усиленных конструкций зда¬
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
ний и сооружений. Здесь перечислены параметры, ус¬
танавливаемые путем натурного обследования усили¬
ваемой конструкции, в том числе: параметры, характе¬
ризующие бетон и арматуру, ее геометрические разме¬
ры и состояние в целом усиливаемой конструкции, ха¬
рактер и размеры дефектов и повреждений, действую¬
щие нагрузки, статическая схема конструкции и дру¬
гие. Сформулированы общие правила выполнения по¬
верочных расчетов усиливаемых конструкций. Уста¬
новлены минимально допустимые прочностные харак¬
теристики бетона усиливаемых конструкций.
Пятый раздел ("Материалы”) содержит правила
назначения нормативных и расчетных значений
прочностных и деформационных характеристик бе¬
тона и стальной арматуры усиливаемой конструкции
и сведения об основных характеристиках композици¬
онных материалов. Основными прочностными и де¬
формационными характеристиками композицион¬
ных материалов приняты нормативные значения:
- сопротивления растяжению;
- модуля упругости;
- предельных относительных деформаций;
- коэффициента поперечной деформации (коэф¬
фициента Пуассона);
- коэффициента линейной температурной де¬
формации.
Нормативные значения указанных характеристик
композиционных материалов устанавливаются по
результатам испытаний соответствующих образцов в
соответствии с ГОСТ 25.601-80 [6] с обеспечен¬
ностью 0,95.
Расчетные значения модуля упругости и коэффи¬
циента Пуассона принимаются равными их норма¬
тивным значениям. Расчетное значение сопротивле¬
ния растяжению композиционных материалов уста¬
навливается с учетом следующих понижающих ко¬
эффициентов:
- коэффициента надежности по композиционно¬
му материалу;
- коэффициента условий работы композиционно¬
го материала;
- коэффициента, учитывающего сцепление ком¬
позиционного материала с бетоном;
- коэффициента, учитывающего длительное
действие нагрузки.
Значения коэффициентов, понижающих расчет¬
ное значение сопротивления композиционных мате¬
риалов растяжению, приняты на основании анализа
результатов экспериментальных исследований и
предложений американских и европейских норм. В
связи с неэффективной работой элементов из ком¬
позитных материалов на сжатие их расчетное сопро¬
тивление сжатию принято равным нулю. Расчетные
диаграммы состояния (деформирования) композит¬
ного материала, устанавливающие связь между нап¬
ряжениями и относительными деформациями при
растяжении и используемые в расчетах усиленных
конструкций по деформационной модели, приняты
линейными.
НИИЖБ ЩШ
85 лет ЦД
Шестой раздел ("Железобетонные конструкции
без предварительно напряженной арматуры") содер¬
жит указания по расчету железобетонных конструк¬
ций, усиленных внешним армированием композитны¬
ми материалами, по предельным состояниям первой
и второй фупп. Для расчета по предельным состояни¬
ям первой группы представлены методики расчета:
- по прочности нормальных сечений - при
действии изгибающих моментов и продольных сил;
- по прочности наклонных сечений - при действии
поперечных сил.
По аналогии с [5], в разделе приведены две ме¬
тодики расчета прочности нормальных сечений уси¬
ленных конструкций без предварительного напряже¬
ния арматуры: по общей деформационной модели и
по предельным усилиям.
Метод расчета по деформационной модели, ус¬
тановленный как основной, используется для расче¬
та по прочности усиленных железобетонных
конструкций с любой конфигурацией поперечного
сечения и с любым расположением арматуры и эле¬
ментов усиления по сечению. Этот метод основан на
совместном использовании уравнений равновесия
внешних и внутренних сил, гипотезы плоских сече¬
ний и диаграмм деформирования бетона, арматуры
и композиционных материалов. Для бетона и суще¬
ствующей стальной арматуры усиливаемой
конструкции в разделе представлены аналитические
зависимости для описания криволинейных диаграмм
их деформирования. Метод расчета по предельным
усилиям допускается использовать для расчета по
прочности усиленных конструкций прямоугольного,
таврового и двутаврового сечений с существующей
стальной арматурой и элементами усиления, распо¬
ложенными у верхней и нижней граней сечения.
В разделе представлены методики расчета по
прочности изгибаемых и внецентренно сжатых
конструкций, усиленных элементами из композицион¬
ных материалов, наклеиваемых на конструкцию в про¬
дольном направлении. Расчетные зависимости уста¬
новлены с учетом начального напряженно-деформи-
рованного состояния конструкции перед ее усилием.
Методика расчета сжатых конструкций, усилен¬
ных путем устройства обойм из композитных мате¬
риалов, учитывает работу бетона в условиях неод¬
ноосного напряженного состояния. Для этого в рас¬
четных зависимостях используется повышенное зна¬
чение расчетного сопротивления бетона осевому
сжатию. Зависимость для определения расчетного
значения сопротивления бетона осевому сжатию ус¬
тановлена с учетом экспериментально подтвержден¬
ного влияния формы и размеров поперечного сече¬
ния конструкции, площади сечения обоймы и нали¬
чия разрывов в обойме по длине конструкции.
Расчет по прочности наклонных сечений усилен¬
ных конструкций на действие поперечных сил принят
по методике СП 63.13330.2012, в расчетные зависи¬
мости которой включена поперечная сила, восприни¬
маемая поперечными хомутами из композитных ма-
Бетон и железобетон. - 2013. - N>3
7
Я НИИЖБ
85 лет
териалов. Зависимость для вычисления значения до¬
полнительной поперечной силы записана с учетом
влияния принимаемой схемы наклейки хомутов из
композиционных материалов (двух-, трех- или четы¬
рехсторонние хомуты, угол их наклона), надежности
сцепления хомутов с основанием, пониженного рас¬
четного значения сопротивления композитных мате¬
риалов растяжению при расчете прочности сечений,
наклонных к продольной оси элемента, и других.
Влияние перечисленных факторов установлено по
результатам анализа результатов эксперименталь¬
ных исследований и зависимостей, принятых в нор¬
мах США и европейских стран, скорректированных с
учетом особенностей методики расчета по прочности
наклонных сечений, принятой в СП 63.13330.2012.
Расчет прочности наклонных сечений усиленных
конструкций на действие изгибающих моментов при¬
нят по методике СП 63.13330.2012, в расчетные зави¬
симости которой включен дополнительный момент,
воспринимаемый пересекающими наклонное сечение
хомутами из композитных материалов. Расчет по пре¬
дельным состояниям второй группы производится в
соответствии с методиками расчета, принятыми в
СП 63.13330.2012. При этом при расчете момента об¬
разования трещин в усиленной конструкции, ширины
раскрытия нормальных к продольной оси конструкции
трещин и прогибов усиленной конструкции геометри¬
ческие характеристики сечения принимаются с уче¬
том элементов усиления из композитных материалов.
В разделе представлена зависимость для учета не¬
равномерного деформирования элементов усиления
по длине участка между трещинами.
Седьмой раздел проекта СП ("Железобетонные
конструкции с предварительно напряженной армату¬
рой") содержит указания по учету особенностей рас¬
чета усиленных элементами из композитных матери¬
алов конструкций с предварительно напряженной
арматурой по первой и второй группам предельных
состояний. В разделе указаны особенности учета на¬
чального напряженно-деформированного состояния
усиливаемых изгибаемых конструкций при их расче¬
те по методу предельных усилий и представлены об¬
щие физические соотношения для расчета конструк-
Информация
Скоробогатов С.М.
Поверочные расчеты безбалочных бескапительных моно¬
литных железобетонных перекрытий по второй группе пре¬
дельных состояний (прогибы, трещины) II Для бакалавров и
магистров специальности ПГС. - Екатеринбург : УрГУПС, -
2011.-74 с.
Безбалочные бескапительные монолитные перекрытия полу¬
чили широкое применение в железобетонных каркасах высоких
зданий различного назначения. Увеличение пролетов между ко¬
лоннами (более 6 м) и неоправданное утолщение плит перекры¬
тий привело к настоятельной необходимости создания современ¬
ного, простого и надежного поверочного расчета прогибов и тре¬
щин, как контроля за результатами расчетов многих компьютер¬
ных программ, не учитывающих современные тенденции норм.
Поверочные расчеты прогибов учитывают современные ре¬
комендации по физико-механическим свойствам и длительности
действия нагрузки. Он основан на.методе "замещающих балок"
для несущих надколонных полос и методе пластин для висячих
средних панелей (ячеек) плиты перекрытия.
ций по деформационной модели с учетом наличия
предварительно напряженной арматуры.
Восьмой раздел ("Конструктивные требования")
содержит требования в части устройства системы
усиления элементами из композитных материалов,
которые необходимо соблюдать для обеспечения эф¬
фективности усиления конструкции. В разделе уста¬
новлены правила размещения элементов усиления,
регламентированы длины их нахлестки, минимально
допустимой зоны анкеровки и другие требования.
Девятый раздел "Требования к технологии произ¬
водства работ" содержит основные требования к
технологии производства работ по усилению
конструкций, включающие требования к подготовке
поверхностей конструкции и элементов усиления, а
также требования к технологии приклеивания холс¬
тов и ламинатов из композиционных материалов к
усиливаемой конструкции.
Десятый раздел "Контроль качества выполнен¬
ных работ" содержит указания по проведению вход¬
ного контроля материалов и операционного контро¬
ля производства работ по усилению конструкции
элементами из композиционных материалов.
Разделы 9 и 10 подготовлены специалистами
ЗАО "Триада-Холдинг".
В настоящее время завершается публичное об¬
суждение проекта первой редакции СП.
Библиографический список
1. ACI 440.2R-08. Guide for the Design and Construction of
Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete
Structures. ACI Committee 440, technical committee document, 2008.
2. CNR-DT 200/2004 Guide for the Design and Construction of
Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing
Structures. Rome - July 2004.
3. Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance Part
3: Assessment and retrofitting of buildings. EN 1998-3:2004.
European Committee for Standardisation (November 2004).
4. FIB bulletin 14. Externally bonded FRP reinforcement for RC
structures. July 2001.
5. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Ос¬
новные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
6. ГОСТ 25.601-80 Методы механических испытаний композици¬
онных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод
испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, по¬
вышенной и пониженной температурах.
Особенностью расчета является уточнение величин опор¬
ного и пролетного моментов в соответствии с принятой уложен¬
ной рабочей арматурой и учет действия поперечных сил от со¬
седних полос, повышающих нагрузку на несущую надколонную
полосу и понижающих нагрузку для пролетных (межколонных)
полос.
Поскольку метод замещающих (балок полос) позволяет учи¬
тывать провисание несущих надколонных полос на висячие про¬
летные полосы, то он используется и объединяет все другие три
способа расчета: применение конечных формул из сопромата,
статический способ расчета пластин, опертых по контуру, и кине¬
матический расчет пластин.
Указания предназначены для подготовки бакалавров и маги¬
странтов специальности 270103 - "Промышленное и гражданское
строительство", и могут служить пособием для исследователей и
проектировщиков.
Рекомендовано к печати на заседании кафедры "Строитель¬
ные конструкции и строительное производство", протокол № 2 от
2011 г.
8
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
П. Д. АРЛЕНИНОВ, С.Б. КРЫЛОВ
ОПЫТ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УРАВНЕНИЙ ТЕОРИИ ПОЛЗУЧЕСТИ И
СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАМММНЫХ РАСЧЕТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
В данной статье решается задача о деформиро¬
вании железобетонного стержня во времени с уче¬
том ползучести при различных начальных условиях.
Особенностью данной работы является совместное
использование расчетного комплекса ЛИРА, осно¬
ванного на методе конечных элементов и математи¬
ческих исследований уравнений теории ползучести,
выполненных в программе MathCad. Такой расчет
может выполняться без встраивания алгоритма ре¬
шения уравнений в расчетную программу.
В литературе можно найти целый ряд различных
подходов к решению данной задачи (подход в соот¬
ветствии с СП 52-101-2003 [3], подход с использова¬
нием интегрального модуля В. М. Бондаренко, рас¬
чет с использованием диаграмм-изохорн и др.), но
каждый из них имеет свои ограничения и не являет¬
ся универсальным. Предлагаемый в данной статье
подход можно рассматривать как дальнейшее рас¬
ширение и обобщение методов расчета с использо¬
ванием интегральных или приведенных жесткостей
конструкций. Предлагаемый метод разрабатывался
для железобетона, но может успешно применяться
для любого ползучего материала.
Опытные данные и расчеты по действующим нор¬
мативным документам позволяют принять зависи¬
мость между кривизной железобетонного стержня и
величиной изгибающего момента в виде кусочно-ли¬
нейных функций, показанных на рис.1. Функции состо¬
ят из трех линейных отрезков, соответствующих ста¬
диям работы конструкций: до образования трещин, с
трещинами при упругой работе арматуры, и при неуп¬
ругих деформациях арматуры и бетона вплоть до дос¬
тижения конструкцией предельного состояния. Приве¬
денные на рис. 1. графики соответствуют постоянным
во времени нагрузкам разной длительности.
Начало неупругих
деформаций в арматуре
стержня была равна кривизне упруго-ползучего. Оче¬
видно, что жесткость упругого стержня будет меняться
во времени и в зависимости от истории нагружения.
Проведенные исследования показали, что де¬
формирование участка железобетонного стержня
при действии продольных и поперечных нагрузок с
учетом ползучести и трещинообразования можно
описать уравнением изгиба (1) (оно приведено в об¬
щем виде относительно оси, проходящей через
центр тяжести сечения). Поставим в соответствие
уравнению (1) уравнение упругого стержня (2)
A„E(t)J(K(t,x)-K0n) + М0п-
-I
7=1
ч
BjE{t)J \ K(x,x)R(t,x)dx
О-i
D(t)x(t, х) = M(t),
= M{t) (1)
(2)
где D(t) - приведенная жесткость сечения (секущая); А и В - пос¬
тоянные величины, которые позволяют привести соответственно
жесткостные и релаксационные свойства железобетонного сече¬
ния к бетонному; Кд| и А/щ - кривизна и соответствующий момент,
геометрический смысл которых ясен из рис. 1.
Рассмотрим уравнение изгиба (1) для случая до
образования трещин. Тогда *0j и Л/01 принимаются
равными 0 (это видно из графиков на рис. 1). Учиты¬
вая равенство правых частей в уравнениях (1) и (2),
приравниваем их левые части.
D(t)K{t,x) = AE{t)jK(t,x) -
-BE(t)J \K(x,x)R{t,T)dx .
'о
(3)
Разделив правую и левую части уравнения на
K(t, х), получим
BE(t)J ‘
D{t) = AE(t)J-
x(t,x) .
\tc(x,x)R{t,x)dx . (4)
'Мгновенно^ загр.
'Длительное iarp.
i
MoMemj трещинообразования
К
Рис. 1. Нелинейная зависимость между кривизной и изгибаю¬
щим моментом для железобетонного сечения при загружении
постоянной во времени нагрузкой разной длительности
Поскольку форма изгиба упругого и упруго-ползу¬
чего стержней похожи, то заменим последний (точнее,
его элемент) упругим. Для этого необходимо правиль¬
но подобрать жесткость, чтобы кривизна упругого
Вносим к{(, х) под знак интеграла
t к(г х}
D(t) = AE(t)J-BE(t)J S-±-^R(t,x)dx . (5)
r0 K(t,x)
Значение интеграла не очень чувствительно к
погрешностям задания функции, на которую умножа¬
ется ядро R(t, г), поэтому можно принять
к(х,х) М(х)
к(1,х) М( ()
(6)
И тогда выражение для жесткости можно запи¬
сать в виде
Бетон и железобетон. - 2013. - N>3
9
НИИЖБ
85 лет
D{t) = AE{t)J-BE{ty]^±R{t,T)dT . (7)
/0 М({)
Отношение текущего и конечного моментов мож¬
но принять равным отношению нагрузок - текущей и
конечной. Тогда возможен следующий ход решения:
задаемся жесткостями; выполняем упругие вычисле¬
ния; получаем для разных нагрузок и для разных мо¬
ментов времени различные величины кривизны к\
затем по формуле (5) уточняем приведенные жест¬
кости и повторяем упругий расчет (в программном
комплексе ЛИРА), и так до удовлетворительной схо¬
димости кривизны. Для ускорения процесса можно
использовать формулу (7).
В общем случае при расчетах стержневой желе¬
зобетонный элемент разбивается на отдельные
участки. При этом предполагается, что каждый такой
участок целиком работает в условиях, соответствую¬
щих тому или иному кусочно-линейному отрезку за¬
висимости М-к , как на рис. 1. Значения величин А,
В, к01 и М01 будут различными для разных кусочно¬
линейных участков диаграммы деформирования и
вычисляются заранее.
Пусть общий временной интервал разбит на ряд
более мелких временных промежутков. Вычисления
на данном шаге выполняются для п-го временного
промежутка. В этом случае уравнение (5) примет
следующий вид
(
D(t) = E(t)J
я-1
A-BY.
У=о K(t) tj_
\ R(t,r)dr
(8)
Для общего случая (не только для случая до об¬
разования трещин) выражение (8) примет вид
D(t) = AnE(t)J
1-
п J
On
-z
7=1
К i
‘j
В:Е(0Е^- \ R{t,x)dx
Kn
(9)
рузках и меняющихся граничных условиях. По срав¬
нению с методом расчета, основанном на использо¬
вании интегрального модуля деформаций В.М. Бон¬
даренко, предлагаемый метод позволяет учитывать
трещинообразование в бетоне и изменение гранич¬
ных условий. По сравнению с подходом, изложенным
в СНиП и СП, предложенный метод позволяет вести
расчет не только на постоянную во времени длитель¬
ную или кратковременную нагрузку, но и на нагрузку
любой длительности, а также на нагрузку, изменяю¬
щуюся во времени произвольным образом.
По предложенному алгоритму были выполнены
расчеты внецентренно сжатых колонн, результаты
испытаний которых приведены в докторской диссер¬
тации Ю.А. Чистякова [2]. Полученные зависимости
прогиба середины стержня от времени показаны на
рис. 2. На том же рисунке для сравнения приведены
опытные данные из [2].
Здесь *01 и Щ\ Для л-г0 временного интервала
обозначены соответственно к0п и М0п.
В выражении (9) величина кривизны на данном
шаге кп задается на основании расчетов для преды¬
дущего временного шага. После этого выполняются
несколько пересчетов конструкции с последователь¬
ным уточнением значений кривизны кп и жесткости
D. После достижения нужной точности значений D и
к выполняется переход к следующему временному
шагу. Перечисленные операции применяются к каж¬
дому конечному элементу стержня.
Предложенный здесь инженерный подход к ре¬
шению задачи о продольно-поперечном деформиро¬
вании упруго-ползучего стержня с трещинами позво¬
ляет решать задачи при меняющихся во времени наг-
10 Бетон и железобетон. - 2013. - N>3
Рис. 2. Наложение графика прогибов по предлагаемой форму¬
ле (пунктирный) на график по экспериментальным данным [2]
Ng/NKp - отношение опытной нагрузки к кратковременной раз¬
рушающей)
Сравнение опытных и расчетных данных показы¬
вает их хорошее совпадение на начальном участке и
перед разрушением. Имеющиеся различия между
опытными и расчетными данными, полученными по
предложенному алгоритму, объясняются, в первую
очередь, тем, что расчет выполнялся по расчетным
характеристикам материалов. Вследствие этого при
расчете материал работал более податливо. Этот
пример подтверждает достоверность предложенного
подхода к расчету стержней из нелинейного ползуче¬
го материала.
Библиографический список
1. Александровский С.В. Расчет бетонных и железобетонных
конструкций на изменения температуры и влажности с учетом
ползучести. - М.: Стройиздат, 1973. - С. 208-214.
2. Чистяков Ю.А. Основы теории, методы расчета и экспери¬
ментальные исследования несущей способности сжатых железо¬
бетонных элементов при статическом нагружении. Докторская
диссертация. - М.: 1988. - С. 87, 258, 269.
3. СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без
предварительного напряжения. - М.: 2004. - С. 42.
НИИЖБ Н!
85 лет |Е
А.Н. БОЛГОВ, канд. техн. наук, А.З. СОКУРОВ, инж.; Д.В. АЛЕКСЕЕНКО, инж. (HILTI)
ПРОДАВЛИВАНИЕ КРАЙНИХ УЗЛОВ СОПРЯЖЕНИЯ ПЛИТА - КОЛОННА,
УСИЛЕННЫХ ВКЛЕЕННОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ АРМАТУРОЙ
В лаборатории № 2 "Железобетонных конструк¬
ций и контроля качества" НИИЖБ им. А.А. Гвоздева
проведено исследование эффективности усиления
плит перекрытий на продавливание путем постанов¬
ки наклонной вклееной поперечной арматуры на хи¬
мический состав фирмы Хилти. Исследование вклю¬
чало проведение лабораторных испытаний образцов
промежуточных и крайних узлов сопряжения плита -
колонна. В настоящей статье приведены данные по
крайним узлам.
Всего было испытано 5 экспериментальных об¬
разцов (2 эталонных образца без усиления и 3 с уси-
лением).Экспериментальные образцы состояли из
двух фрагментов колонн сечением 200x200 мм, вы¬
сотой 450 мм и плиты между ними размером
1700x950 мм, толщиной 140 мм (рис.1).
Рис. 1. Схема усиления опытных образцов
Один эталонный образец без усиления и один с
усилением испытывались с дополнительным
действием сжимающего усилия со стороны верхней
колонны, что моделировало работу узла промежу¬
точных этажей в здании.
Усиление состояло из поперечной арматуры -
резьбовых шпилек Мб и М10 класса 5,8, устанавли¬
ваемой в предварительно просверленные отверстия
под углом 45° на химических анкерах фирмы HILTI.
Расположение поперечной арматуры принималось
лучевым. Схема и геометрические размеры усиле¬
ния приведены на рис. 1.
Опытные образцы готовили из тяжелого бетона
на гранитном щебне фракции 5-20 мм. Прочность
бетона на сжатие определяли по контрольным кубам
размером 100 мм и методом отрыва со скалыванием
в конструкции после испытания образцов. Прочность
бетона на растяжение определяли по данным испы¬
таний кубов размером 100 мм на раскалывание по
ГОСТ 10180-90. В поверочных расчетах прочность
бетона на растяжение образцов вычисляли по фор¬
муле:
Rbl = 0,232^//^ , [МПа], (1)
где - нормативная кубиковая прочность бетона на сжатие в
МПа.
Данные о прочности бетона образцов приведены
в табл. 1.
Таблица 1
Марка
образца
Рабочая
высота Aq, мм
Прочность бетона
на сжатие Rb m,
МПа
Прочность бетона
на растяжение R^,
МПа
ВО
100
37,1
2,22
BP0
100
39,9
2,33
SWR25
100
37,6
2,24
SWR75
100
37,6
2,24
SWR75P
100
39,9
2,33
Рабочую высоту каждого образца определяли по
фактическим значениям толщины защитного слоя.
Армирование плиты опытных образцов:
- нижнее армирование - 012 А500 с шагом
200 мм;
• верхнее армирование - 012 А500 с шагом
75 мм.
Армирование колонн опытных образцов:
- продольное - 4020 А500;
- поперечное - 08 А240 с шагом 50 мм.
Физико-механические характеристики продоль¬
ной арматуры плиты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Диаметр,
мм
Предел
текучести стт,
Н/мм2
Временное
сопротивление <тв,
Н/мм2
Предел упругости
Ен% Н/мм2
12
596
682
2 105
Физико-механические характеристики попереч¬
ной арматуры (резьбовых шпилек) определяли по
данным испытаний на растяжение в соответствии с
ГОСТ 12004-81. Характеристики шпилек приведены
в табл. 3.
Таблица 3
Диаметр,
мм
Условный предел
текучести сг0 2,
МН/мм2
Временное
сопротивление
ов, МН/мм2
Предел упругости
Ен, Н/мм2
М10
452
577
1.8 105
М10
467
567
-//-
М10
437
569
-//-
Мб
378
420
-//-
Мб
392
430
-//-
Мб
364
420
-//-
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
11
НИИЖБ
85 лет
Методика испытаний опытных образцов и испы¬
тательная установка приняты такими же, как и в пре¬
дыдущих испытаниях [1].
Для моделирования сосредоточенного момента
нагружение образцов выполнялось приложением
вертикальной нагрузки к нижнему фрагменту колон¬
ны, а также горизонтальной нагрузки к верхнему и
нижнему фрагментам колонн. Уравновешивание го¬
ризонтальных сил обеспечивали путем контроля го¬
ризонтальных деформаций фрагментов колонн.
Первые трещины в образцах появлялись вокруг
граней колонн на этапах нагружения 0,3-0,35 от раз¬
рушающего усилия и практически не зависели от на¬
личия усиления.При нагрузках 0,35-0,45 образовыва¬
лись радиальные трещины. Они появлялись у граней
колонн и развивались в направлении к внешним сто¬
ронам плиты. График зависимости прогибов от нагру¬
зок для опытных образцов представлен на рис. 2.
SWR25
SWR75
SWR75P
Прогмб, мм
Рис. 2. График зависимости прогибов от нагрузки
Для оценки вклада поперечного армирования в не¬
сущую способность плиты на продавливание прини¬
мается наименьший из трех механизмов разрушения:
а) разрушение анкеровки верхнего конца (разру¬
шение по сцеплению);
б) разрушение анкеровки нижнего конца (выкол
конца шпильки);
в) достижение предела текучести поперечного
стержня.
Fsw.utt — Fsip, Fsiy), (2)
где Fsi f, - предельное усилие в поперечной арматуре в момент
разрушения сцепления в верхней части арматуры; FSi,p * пРв"
дельное усилие в поперечной арматуре в момент выкола нижнего
конца стержня; Fsiy - предельное усилие, которое может развить
поперечная арматура при достижении предела текучести.
Fsib зависит от клеевого состава, диаметра и
длины анкеровки. Последняя распространяется от
контура пирамиды продавливания до конца наклон¬
ного стержня. Прочность клеевого состава на сдвиг
принималась по данным [6].
Fsi b рассчитывается по формуле:
г _ л 4т bdl fa,
Г si,b ~ Aswi ’ (3)
аы
где //,w - расстояние от расчетного сечение до конца стержня (при¬
нималось фактическое среднее значение); dbi - диаметр попереч¬
ного сечения наклонного стержня.
Все образцы разрушились от продавливания.
Разрушение носило пластичный характер - достиже¬
ние предельной нагрузки сопровождалось ростом
деформаций.На заключительном этапе нагружения
формировалось тело продавливания в форме поло¬
вины усеченного конуса,при этом имеющиеся тре¬
щины в образцах не совпадали с будущей поверх¬
ностью разрушения.
Усиленные образцы разрушались в зоне попереч¬
ного армирования.После разрушения образцы восп¬
ринимали нагрузку до 0,5-0,7 от предельной величи¬
ны. Вскрытие образцов в зоне расположения крити¬
ческой трещины после испытания показало, что попе¬
речная арматура первых двух рядов имела перелом.
Расчет прочности образцов выполняли в соотве¬
тствии с основными положениями [2], при этом уси¬
лие в арматуре усиления определяли с учетом воз¬
можного разрушения анкеровки стержней по клеево¬
му составу, а также выколу бетона в соответствии с
работой [6]. Сравнение теоретических и опытных
значений разрушающих усилий в опытных образцах
приведено в табл. 5.
В усиленных образцах разрушение в зоне попе¬
речного армирования является расчетным, т.е. оно
должно произойти в зоне поперечного армирования.
В расчет на продавливание в зоне поперечного ар¬
мирования принимается только та поперечная арма¬
тура, которая пересекает пирамиду продавливания.
Предельное усилие в поперечной арматуре в мо¬
мент выкола нижнего конца стержня (Fsip) вычисля¬
ется по формуле:
Fsi.P = <Р2<РзаьКы - (4)
где д>2 - коэффициент, принимаемый для тяжелых бетонов рав¬
ным 0,5; <Рз - коэффициент, принимаемый равным 1; - пло¬
щадь проекции на плоскость, нормальную к анкерам, поверхнос¬
ти выкалывания, идущей от усилений анкеров (краев анкерных
шайб) под углом 45° к осям анкеров (значения А^ вычислялись по
средним фактическим длинам стержней).
Предельный вклад поперечного армирования
при достижении в нем напряжений предела текучес¬
ти вычисляли по формуле (Fsiy) и определяли по
формуле:
Fsi,у ~ » (®)
Исходные данные для расчета опытных образ¬
цов на продавливание представлены в табл. 4. Ре¬
зультаты расчета вклада поперечной арматуры в не¬
сущую способность на продавливание усиленных
опытных образцов представлены в табл. 5. В расче¬
те на продавливание учитывали только два ряда по¬
перечной арматуры, которые попадали в наклонное
сечение.
12
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
Исходные данные для расчета образцов, моделирующих крайние колонны
НИИЖБ ЩШ
85 лет ДИ
Таблица 4
Марка образца
Класс бетона
Rhr МПа
/|0, см
Ufr см
usw, CM
wbx ■ см2
wby • см2
Wswx . см2
^swy ’ см*
Asw, см2
Rsw , кг/см2
во
В28.7
2,17
10,0
80
80
901
322
901
322
0,00
4520
BP0
В32.4
2,36
10,0
80
80
901
322
901
322
0,00
4520
SWR25
В31.6
2,32
10,0
80
80
901
322
901
322
1,96
3780
SWR75
В31.1
2,29
10,0
80
80
901
322
901
322
6,08
4520
SWR75P
В32.6
2,37
10,0
80
80
901
322
901
322
6,08
4520
Результаты расчета образцов, моделирующих крайние колонны
Таблица 5
Марка образца
Л/, т м
F, тс
qbt, КГС/СМ2
gsw, КГС/СМ2 (jfr КГС/СМ2
ЯМ, КГС/СМ2
Ожидаемое
теоретическое
усиление
Фактическое
усиление
ВО
2,04
14,9
21,7
18,60
18,60
1.71
ВРО
2,82
24,1
23,6
30,10
30,10
2,55
1,00
1,62
SWR25
2,16
18,3
23,2
4,07
22,85
22,85
1,68
1,15
1,23
SWR75*
2,21
17,6
22,9
11,09
21,98
21,98
1,29
1,38
1.18
SWR75P
2,77
31,9
23,7
11,09
39,85
39,85
2,29
1,38
1,32
Примечание: * Разрушение образца произошло из-за поломки оснастки.
Анализ эффективности усиления удобней прово¬
дить, выразив условие прочности [2] через касатель¬
ные напряжения по расчетному контуру и разделив
все члены уравнения на u h0.
Перепишем условие прочности на продавлива¬
ние в виде:
F
Rb^ho + 0,SRswAswsina
М
Rb№ Ао +
<1 .
(6)
Проведем следующие преобразования:
F
«Ао
Rbt +
0,SRswAswsina
uho
М
+
Who
Rb,+
0jSRswAs\J^ sin cc
uho
<1
(7)
Сделаем следующие замены:
0,SRswAsws\na
Яь Rbt ’ Яsw
uho
4n = '
Ям~
M
uho " W ho
Условие прочности примет вид:
4b + (lSw
(8)
(9)
Результаты расчета на продавливание опытных
образцов представлены в табл. 5.
Фактическая рабочая высота плит образцов бы¬
ла 100 мм, шаг поперечной арматуры составил 4Aq/5.
Таким образом, шаг поперечной арматуры значи¬
тельно превышал допускаемый по СП 52-101-2003
(Ио/2), а также требования ЕС2 (3/4й0).
Прочность усиленных образцов зависит от нес¬
кольких факторов (количества поперечной армату¬
ры, сжатие верхней колонны, вариации прочности
бетона). Для анализа вклада арматуры усиления и
исключения влияния вариации прочности бетона об¬
разцов теоретические значения разрушающих уси¬
лий корректировались путем умножения на попра¬
вочный коэффициент k = Rbi,ycm.IRbt.Heycm.-
Для образца ВО отношение разрушающей наг¬
рузки к теоретической составило 1,71.
Из табл. 5 следует, что сжатие со стороны верхней
колонны увеличило разрушающую нагрузку опытного
образца (ВРО), по сравнению с эталонным (ВО), на
62%. Для образца SWR25 теоретическое увеличение
прочности на продавливание за счет установки попе¬
речной арматуры, по сравнению с эталонным (ВО),
составляет 15%, а фактическое усиление - 23%.
При нагружении образца SWR25 на стадиях,
близких к разрушению, произошел разрыв тяги, удер¬
живающей плиту. Поэтому пришлось разфузить об¬
разец и повторно провести испытание. В результате
прочность образца была несколько снижена. Отно¬
шение разрушающей нагрузки к теоретической соста¬
вило 1,29. Теоретическое увеличение прочности об¬
разца (SWR25) за счет установки поперечной армату¬
ры, по сравнению с эталонным образцом (ВО), сос¬
тавляет 38%, а фактическое увеличение - 18%.
Образец SWR75P, усиленный поперечной арма¬
турой, испытывался с сжатием в верхней колонне.
Отношение разрушающей нагрузки к теоретической
составляет 1,57. Суммарное фактическое увеличе¬
ние прочности этого образца за счет установки попе¬
речной арматуры и сжатия плиты со стороны верх-
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
13
Я НИИЖБ
85 лет
ней колонны, по сравнению с образцом (ВО), состав¬
ляет 97%.Теоретическое увеличение прочности на
продавливание образца SWR75P за счет установки
поперечной арматуры, по сравнению с эталонным
(ВРО), составляет 38%, а фактическое увеличение -
32%.Таким образом, увеличение разрушающей наг¬
рузки за счет сжатия плиты со стороны верхней ко-
лоннысоставило 65%.
Из табл. 5 видно, что предложенная методика
расчета прочности на продавливание крайних образ¬
цов имеет значительный запас, погрешность расчета
составляет более 2 раз.
Выводы
1. Экспериментальная проверка прочности на
продавливание крайних узлов перекрытий с колон¬
нами,усиленных поперечной вклеенной арматурой
по технологии Hilti, в полной мере эффективна.
2. Сжатие со стороны верхней колонны повыша¬
ет несущую способность плит на продавливание.Для
неусиленного образца прирост прочности составил
62%, для усиленного - 65%.
3. Предложенная методика расчета прочности на
продавливание усиленных образцов дает сущест¬
венный запас и нуждается в уточнении.
4. Коэффициент отношения экспериментальных
данных к теоретическим значениям прочности на
продавливание составил 1,68-2,55.
Библиографический список
1. Болгов А.Н., Сокуров А.З. Материалы XV научно-методи¬
ческой конференции ВИТИ, посвященной памяти профессора
В Т. Гроздова "Дефекты зданий и сооружений. Усиление строи¬
тельных конструкций”. - Санкт - Петербург, 2011.
2. СП 52-101 -2003 Бетонные и железобетонные конструкции без
предварительного напряжения арматуры.
3. Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1:
Generalrules and rules for buildings.
4. Model Code 2010 - First complete draft, Vol. 2.
5. Miguel Fernandez Ruiz, Aurello Muttoni and Jakob Kunz
"Strengthening of Flat Slabs Against Punching Shear Using Post-
Installed Shear Reinforcement" ACI Structural Journal,Technical
Paper, Title no. 107-S43, July-August 2010.
6. HILTI-AG, Fastening and Protection Systems Feldkircherstr. 100,
FL-9494, Schaan. Design Method for Post-Installed Punching Shear
Reinforcement with Hilti Tension Anchors HZA, issued 2009-06-25,
2/12 p.
В.Ф. СТЕПАНОВА, д-р техн. наук, проф., С.Е. СОКОЛОВА, А.Л. ПОЛУШКИН, научные
сотрудники
ЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ВТОРИЧНОЙ ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Интенсивные темпы строительства, ремонта и
реконструкции зданий и сооружений различного наз¬
начения выдвигают на первый план проблему обес¬
печения долговечности бетонных и железобетонных
конструкций как вновь строящихся, так и реконстру¬
ируемых зданий.
Несоблюдение требований, направленных на
обеспечение долговечности, при проектировании,
строительстве и эксплуатации конструкций, воздей¬
ствие агрессивных факторов внешней среды (агрес¬
сивные газы атмосферы воздуха, грунтовые воды,
отрицательные климатические температуры и т.п.)
зачастую, в сочетании с низким качеством производ¬
ства строительных работ, приводят к преждевремен¬
ному разрушению и выходу из строя строительных
конструкций задолго до исчерпания надлежащего
срока их службы.
По данным натурных обследований, анализа
проектных материалов и экспертной оценки специа¬
листов установлено, что в различных отраслях на¬
родного хозяйства агрессивному воздействию под¬
вергаются от 15 до 75 % строительных конструкций
зданий и сооружений, около 10 % конструкций еже¬
годно выходят из строя из-за коррозионных повреж¬
дений. Агрессивным воздействиям (включая фунто¬
вые и атмосферные) подвергаются конструкции не
только зданий и сооружений промышленных и
сельскохозяйственных предприятий, энергетики и
транспорта, но также жилых и гражданских зданий.
В большинстве средне- и сильноагрессивных
сред наиболее оправданными являются вторичные
методы защиты бетона - это поверхностная защита
материалами, позволяющими сохранить эксплуата¬
ционные свойства бетонных и железобетонных
конструкций на расчетный срок службы зданий и со¬
оружений. При условии правильного выбора средств
и методов защиты применительно к тем или иным
условиям эксплуатации долговечность конструкций
может быть обеспечена, а межремонтные сроки уве¬
личены в 2-3 раза.
В последние годы в стране выполнены серьез¬
ные разработки в области вторичной защиты. Лабо¬
ратория коррозии и долговечности бетонных и желе¬
зобетонных конструкций НИИЖБ ведет постоянную
работу с рядом организаций по изучению свойств
систем защитных покрытий на бетоне (лакокрасоч¬
ных, мастичных, пропиточно-кольматирующих на по¬
лимерной и цементно-полимерной основах и др). На
основании многолетнего опыта разработаны крите¬
рии оценки вторичной защиты по таким важным по¬
казателям качества покрытий на бетоне, как адгезия,
трещиностойкость, водонепроницаемость, водопог-
лощение, морозостойкость и истираемость. Основ¬
ной эффект действия защитного покрытия опреде¬
14
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
НИИЖБ К
85 лет ,ЦЕ
Результаты испытаний систем покрытий КОНСОЛИД и КОНСОЛИД+ВУК по основным показателям качества на бетоне
№
п/п
Наименование показателя, единица
измерения
Обозначение НТД на испытание
Результаты испытаний
Бетон с покрытием
Бетон без защиты
КОНСОЛИД
КОНСОЛИД + ВУК
1
Адгезия покрытия к бетону, МПа
ГОСТ 28574 - 90
3,3
3,3
-
2
Водонепроницаемость, МПа
ГОСТ 31383-2008
W16
W18
W4
3
Водопоглощение, %
ГОСТ 12730.3 - 78
0,03
0,02
4,5
4
Морозостойкость, циклы
ГОСТ 31383-2008
500
600
150
5
Трещиностойкость, мм
ГОСТ 31383-2008
-
2,0
-
6
Истираемость, г/см2
ГОСТ 13087 - 81
-
0,017
0,90
ляют при его оптимальной толщине, как правило, пу-
тем сопоставления показателей качества бетонов с
защитным покрытием и контрольного состава (без
защиты).
Вышеуказанные методы оценки защитных
свойств антикоррозионных покрытий по бетону
включены в межгосударственный стандарт ГОСТ
31383-2008 "Защита бетонных и железобетонных
конструкций от коррозии. Методы испытаний", разра¬
ботчиком которого является НИИЖБ.
В последнее десятилетие на строительном рын¬
ке наблюдается расширение номенклатуры защит¬
ных материалов зарубежных производителей. Но, к
сожалению, они не всегда учитывают отечественные
климатические условия, агрессивность газовоздуш¬
ных сред, к тому же достаточно дороги. В связи с
этим по распоряжению Правительства г. Москвы бы¬
ла поставлена задача по разработке импортозаме¬
щающих отечественных строительных материалов.
В рамках этой задачи ООО "ОМЕГА ПЛЮС" совмест¬
но с НИИЖБ освоено производство отечественных
полимерных композиций широкого спектра действия
КОНСОЛИД и ВУК для антикоррозионных покрытий
бетонных и железобетонных конструкций. Работы
выполнены по заказу Московского комитета по науке
и технологиям. Композиции изготовляются из неде¬
фицитного отечественного сырья. Покрытие на осно¬
ве этих материалов после полимеризации не выде¬
ляет токсичных компонентов ни в воздушную, ни в
конденсированную (вода, водные растворы) среды.
Результаты испытаний систем вторичной защиты
КОНСОЛИД и КОНСОЛИД+ВУК на бетоне, по сравне¬
нию с незащищенным бетоном, приведены в таблице.
Композиция КОНСОЛИД относится к классу мате¬
риалов проникающего и гидроизолирующего
действия и может быть использована для проведения
работ по упрочнению, обеспыливанию, восстановле¬
нию, ремонту, гидроизоляции и защите от атмосфер¬
ных и техногенных воздействий различных строитель¬
ных бетонных и железобетонных конструкций.
Для защиты железобетонных конструкций, до¬
пускающих в процессе эксплуатации образование и
раскрытие трещин на поверхности бетона (с шири¬
ной раскрытия более 1,0 мм), следует выделить
класс трещиностойких покрытий, к числу которых от¬
носятся системы покрытий на основе полиуретано¬
вой композиции ВУК. Благодаря технологическим и
конструкционным свойствам этот класс полиурета¬
новых материалов обладает регулируемой высокой
деформативностью и трещиностойкостью, высоким
сопротивлением к истиранию и адгезией к бетону.
Применение защитных покрытий на основе поли¬
мерных композиций КОНСОЛИД и КОНСОЛИД+ВУК
на бетоне позволяет обеспечить 100%-ную защиту
бетона от проникания влаги, повысить морозостой¬
кость бетона с полимерным покрытием в 3-4 раза по
сравнению с незащищенным бетоном, увеличить во¬
донепроницаемость бетона на 6-7ступеней (с W4 до
W16-18), обеспечить высокую адгезионную проч¬
ность сцепления покрытия с бетоном (не менее 3,3
МПа). Прогнозируемая долговечность систем защит¬
ных покрытий на бетоне более 10 лет.
Вышеперечисленные материалы и системы пок¬
рытий на их основе имеют технические условия, ги¬
гиенические сертификаты и сертификаты соответ¬
ствия на покрытия защитные для бетона, выданные
в ОС ОАО "НИЦ "Строительство". Они награждены
дипломом на специализированной выставке "Отече¬
ственные строительные материалы-2007" и включе¬
ны в Реестр новой техники, применяемой при строи¬
тельстве (реконструкции) объектов городского хозяй¬
ства Москвы. Разработана научно-техническая доку¬
ментация по их применению в строительстве.
Системы защитных покрытий КОНСОЛИД и ВУК
внесены в Московские городские строительные нор¬
мы "Защита от коррозии бетонных и железобетонных
конструкций транспортных сооружений" (МГСН 2.09-
03), Пособие к МГСН 2.09-03, СТО ГК "Транстрой"-
017-2007 "Бетонные и железобетонные конструкции
транспортных сооружений. Защита от коррозии",
Московский территориальный строительный каталог
(МТСК), а также в разработанные НИИЖБом межго¬
сударственный стандарт ГОСТ 31384-2008 "Защита
бетонных и железобетонных конструкций от корро¬
зии. Общие технические требования" и СП "Защита
строительных конструкций от коррозии", которые
призваны заменить устаревшие стандарты в облас¬
ти защиты от коррозии и учесть новый опыт, накоп¬
ленный за последние годы по применению вторич¬
ной защиты.
На протяжении ряда лет защитные композиции
КОНСОЛИД и ВУК выпускаются единственным изго¬
товителем - ООО "ОМЕГА ПЛЮС" и успешно приме¬
няются в Москве и других регионах для повышения
долговечности железобетонных строительных
конструкций, предназначенных для эксплуатации в
Бетон и железобетон. - 2013. - N>3
15
V НИИЖБ
85 лет
агрессивных средах, для транспортного, промышлен¬
ного и гражданского строительства (например, мосто¬
вые конструкции, многоэтажные гаражи, метрополи¬
тен, подземные переходы, коллекторы, фундаменты,
дорожные строительные конструкции и др.).
В качестве примеров успешного применения за¬
щитных покрытий на основе полимерных композиций
КОНСОЛИД и ВУК на некоторых московских строи¬
тельных объектах можно привести следующие рабо¬
ты:
- защита железобетонных конструкций и гидрои¬
золяция фундаментов и стен паркинга здания Фонда
федерального имущества России;
- ремонт и гидроизоляция пролетных конструк¬
ций Астаховского моста через р. Яузу (рис. 1);
- ремонт и восстановление железобетонных ко¬
лонн, ригелей и перекрытий 7-го таксомоторного
парка (рис. 2);
- ремонт и восстановление несущей способности
колонн, балок, ригелей, плит перекрытий здания зре¬
лищного центра "Форум-холл".
Таким образом, антикоррозионные защитные
покрытия на основе полимерных композиций КОН¬
СОЛИД и ВУК имеют широкий спектр действия, поз¬
воляют обеспечить дифференцированную защиту
бетонных и железобетонных строительных конструк¬
ций как при новом строительстве, так и при рекон¬
струкции зданий и сооружений и с успехом использу¬
ются рядом строительных организаций.
Библиографический список
1. Степанова В.Ф., Соколова С.Е., Полушкин А.Л. Выбор крите¬
риев оценки и основных показателей качества антикоррозионных
покрытий на бетоне // Строительные материалы. - 2000. - № 10. -
С. 12-13.
2. Степанова В.Ф., Соколова С.Е., Полушкин А.Л. Новые эф¬
фективные материалы для вторичной защиты железобетонных
конструкций // Коррозия: материалы, защита. - 2006. - № 6. - С. 38-
42.
3. Степанова В.Ф., Соколова С.Е., Шаповал Б.И. Эффектив¬
ные способы вторичной защиты железобетонных конструкций на
основе полимерных композиций КОНСОЛИД и ВУК // Строитель¬
ные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2008. -
№ 11. - С. 39-41.
А.И. САГАЙДАК, канд. техн. наук
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СТАНДАРТОВ ПО АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
Стандарты играют важную роль в обобщении ре¬
зультатов исследований и развитии сотрудничества
в интеллектуальной, научно-технической и экономи¬
ческих областях. Вступление России во Всемирную
торговую организацию диктует необходимость внед¬
рения международных стандартов как эффективного
инструмента повышения уровня безопасности жизни
и здоровья граждан, имущества физических и юри¬
дических лиц, государственного и муниципального
имущества.
Анализ отдельных стандартов и руководящих
принципов по применению метода акустической
эмиссии (АЭ), опубликованных международными,
16
национальными и региональными организациями по
стандартизации, а также деятельность некоммер¬
ческих государственных структур позволяет нам
дать оценку современному состоянию в стандарти¬
зации и определить основные области, где использу¬
ется АЭ, а также установить перспективные направ¬
ления ее дальнейшего использования.
Проведенный анализ показал, что метод АЭ ши¬
роко применяется во многих странах мира в различ¬
ных отраслях промышленности, научных исследова¬
ниях и широко стандартизирован. Статус организа-
ций-разработчиков стандартов - от международных,
таких как ISO, CEN, RILEM, AFNOR; региональных
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
НИИЖБ ЩШ
85 лет
Наименование
организаций
Всего
документов
Терминология
и определения
Общие положения
по применению
Методика измерения
и калибровка датчиков
Области применения и конкретные
методики использования метода АЭ
ASTM
30
1
3
7
17
ISO
4
1
0
2
1
CEN
6
1
2
2
1
EWGAE
5
1
1
1
2
AFNOR
6
1
2
1
2
DGZfP
4
1
0
3
0
Ростехрегулирование
2
1
0
0
1
(CEN, EWGAE, DGZfP, ASME, IEEE); национальных
(ASTM, ASME, ANST, AFNOR) до различных нацио¬
нальных рабочих групп по АЭ и отраслевых организа¬
ций, например, где документы по существу являются
рекомендательными. Основными органами, занимаю¬
щимися разработкой стандартов и руководящих прин¬
ципов по использованию метода АЭ являются:
Международные организации:
ISO - Международная организация по стандар¬
тизации;
RILEM - Международный союз лабораторий и экс¬
пертов в области строительных материа¬
лов, систем и конструкций.
Региональные организации:
EWGAE
-Европейская рабочая группа по акусти¬
ческой эмиссии;
CEN
- Европейский комитет по стандартизации.
Национальные организации:
ASTM
- Американское общество по испытаниям и
материалам;
ASME
- Американское общество инженеров-меха-
ников;
ANST
-Американское общество по неразрушаю¬
щему контролю;
AFNOR
- Французская ассоциация по стандартиза¬
ции;
DGZfP
- Немецкое общество по неразрушающему
контролю;
AAR
-Ассоциация американских железных до¬
рог;
IEEE
- Институт инженеров по электротехнике и
радиоэлектронике;
JIS
- Японский институт по стандартизации.
Стандарты по акустической эмиссии можно ус¬
ловно отнести к четырем группам:
1. Терминология и определения по акустической
эмиссии;
2. Общие положения по применению метода
акустической эмиссии;
3. Методика измерений и калибровка датчиков
акустической эмиссии. Проверка работоспособности
оборудования;
4. Области применения и конкретные методики
использования метода АЭ.
В таблице приведены данные по количеству и
группам стандартов по АЭ, разработанные различ¬
ными международными, региональными, нацио¬
нальными организациями.
Терминология и определения
Терминология по АЭ приводится в различных
международных, региональных и национальных
стандартах. ISO 1216 содержит 67 определений;
стандарт ASTM Е1316-02 раздел "В" содержит 65 оп¬
ределений, стандарт DGZfP SE-1 содержит 46 тер¬
минов, Евронормы EN 1330-9 содержат 44 опреде¬
ления. В общей сложности 108 различных терминов
приводятся в этих четырех документах. Китайский
национальный стандарт GB/T 12604.4-2005 содер¬
жит 58 терминов по АЭ, и в целом этот стандарт со¬
ответствует американскому стандарту Е1316.
Основная часть документа ISO 1216 является
идентичным стандарту ASTM Е1316 за исключением
некоторых деталей. Различие между этими двумя
документами состоит в отсутствии некоторых опре¬
делений в стандарте ISO. Общими для стандартов
являются 13 терминов: акустическая эмиссия (АЭ),
продолжительность сигнала, время нарастания сиг¬
нала АЭ, локационная группа датчиков, счет АЭ,
непрерывная эмиссия, событие АЭ, время (интер¬
вал) прибытия, местоположение источника, зона
местоположения, сигнал АЭ, пиковая амплитуда
(сигнала) и волновая АЭ.
В различных документах даже общие терми¬
ны отличаются в своем определении. ISO 1216 и
ASTM 1316 определяют "акустическую эмиссию" как
"класс явлений, который производит переходные уп¬
ругие волны в результате быстрого высвобождения
энергии из локализованных источников”. Стандарт
EN1330-9 определяет "акустическую эмиссию" как
"упругие переходные волны, созданные в результате
освобождения энергии в материале или некоторым
процессом". ГОСТ Р 52727-2007 трактует термин
"акустическая эмиссия" как "излучение волн напря¬
жений при быстрой локальной перестройке структу¬
ры материала". При сравнении определений термина
"акустическая эмиссия" даже при том, что они явля¬
ются технически правильными, так или иначе содер¬
жатся кажущиеся неполными определения во всех
документах (ISO, ASTM и (или) EN и ГОСТ Р, соотве¬
тственно). По количеству терминов национальный
стандарт ГОСТ 27655-88 (содержит 15 терминов) тре¬
бует существенного дополнения по терминологии.
Общие положения по применению метода
акустической эмиссии
Европейский стандарт EN 473 и американский
стандарт ASTM Е543 устанавливают принципы в от-
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
17
S НИИЖБ
85 лет
ношении аккредитации, квалификации и аттестации
персонала и лабораторий, выполняющих промыш¬
ленный неразрушающий контроль. Стандарт EN
13554 определяет общие принципы использования
АЭ. Этот документ содержит краткую информацию
об акустико-эмиссионном методе контроля, а также
преимущества и недостатки метода по отношению к
другим неразрушающих методам испытаний. Приво¬
дятся область применения и материалы (металл,
композиты, керамика, бетон и т.д.), где может ис¬
пользоваться метод АЭ.
Следует отметить, что область применения,
представленная в стандарте, не в полной мере отра¬
жает современные возможности метода АЭ при не¬
разрушающем контроле. Информация, приведенная
в документе, ограничивается общими рекомендаци¬
ями. Например, выбор приемника и рабочей частоты
измерения, перечень факторов, которые влияют на
датчик, и выбор рабочей частоты измерений носят
общий характер. ISO 22096 устанавливает общие
принципы, необходимые для применения метода АЭ
для контроля состояния и диагностики машин.
В описании к области применения ГОСТ Р 52727-
2007 сказано, что данный нормативный документ ус¬
танавливает порядок применения акустико-эмисси¬
онной диагностики при неразрушающем контроле,
техническом диагностировании, техническом осви¬
детельствовании, обследовании, экспертизе про¬
мышленной безопасности сложных технических сис¬
тем (технических устройств, зданий, сооружений и их
элементов, мостов, строительных конструкций и дру¬
гих объектов, разрушение которых наносит ущерб
или ухудшает безопасность) с целью оценки соответ¬
ствия их требованиям промышленной безопасности.
В описании к ГОСТ Р 52727-2007 область приме¬
нения охватывает практически все имеющиеся и
перспективные направления, где можно использо¬
вать метод АЭ. При подготовке этого стандарта, к со¬
жалению, не учитывался опыт зарубежных коллег, и
в нем не приводятся некоторые специфические по¬
нятия и термины (например, эффект Кайзера, эф¬
фект Фелисити, параметры сигнала АЭ и др). Этот
стан-дарт не содержит ни одной ссылки на междуна¬
родные стандарты, а имеющиеся ссылки на норма¬
тивные документы не позволят персоналу с недоста¬
точным опытом и квалификацией с успехом исполь¬
зовать метод АЭ для определенного класса задач и
материалов. Поэтому желательно иметь ссылки на
"второй уровень" документов, детализирующих про¬
цедуры для многих случаев испытаний, или, по край¬
ней мере, предоставляющих детальные примеры в
качестве директив того, как делать соответствующий
выбор. Такие документы были бы полезны лицам с
ограниченным опытом применения метода АЭ для
определенного класса объектов и материалов.
Такие процедуры должны были быть развиты со¬
ответствующими техническими комитетами, имеющи¬
ми дело с соответствующими результатами исследо¬
ваний и обобщением имеющеюся опыта работы. Сле¬
дует отметить работу технического комитета ТК212
"Акустическая эмиссия и связанные с ней неразруша¬
ющие методы для обнаружения трещин и повреж¬
дений". За пять лет работы комитет обобщил имею¬
щийся опыт применения метода АЭ, опубликовал
большое количество статей [1, 2]. Руководитель коми¬
тета М. Ohtsu выпустил несколько книг по АЭ. Разра¬
ботано два руководящих принципа, касающихся мето¬
дики оценки повреждений в бетоне и классификации
трещин в бетонных конструкциях методом АЭ [3, 4].
Методика измерений и калибровка датчиков
акустической эмиссии. Проверка работоспособ¬
ности оборудования
Большая группа стандартов посвящена методам
калибровки датчиков АЭ и измерению сигналов АЭ.
Стандарты по калибровке датчиков подразделяются
на стандарты, включающие в себя описание проце¬
дуры калибровки датчиков в лабораторных условиях
(первичная и вторичная калибровка), и проверку
датчиков в рабочих условиях. Процедура калибров¬
ки датчиков АЭ описывается в IS012713, IS012714,
Е1106, Е1781, Е2075, DGZfP-SE2, DGZfP-SE3.
Международные стандарты IS012713 и
IS012714, американские стандарты Е1106, Е1781 ус¬
танавливают методы первичной и вторичной калиб¬
ровки акустических преобразователей. Стандарты
призваны установить единообразие абсолютной ка¬
либровки датчиков АЭ для того, чтобы служить осно¬
вой для корреляции данных, а также обеспечить ин¬
терпретацию результатов, полученных разными ла¬
бораториями в разное время. Стандарт Е976 являет¬
ся руководством по определению воспроизводимос¬
ти датчиков АЭ и является простым и экономичным
методом, позволяющим провести сравнение харак¬
теристик датчиков. Эта процедура не позволяет
обеспечить абсолютную калибровку датчиков. Про¬
цедуры для проверки работоспособности АЭ обору¬
дования в составе одного или нескольких каналов
приводятся в EN13477. Стандарт призван оказать
помощь операторам при подготовке АЭ оборудова¬
ния к измерению и определению эксплуатационных
характеристик измерительных систем. Методика ге¬
нерации тестовых АЭ сигналов, проверка работоспо¬
собности оборудования, точность локационного из¬
мерения источника АЭ приводятся в Е2374. Амери¬
канский стандарт Е650 содержит рекомендации по
пошаговой установке пьезоэлектрических датчиков
на поверхность объектов контроля.
Области применения и конкретные методики
применения метода АЭ
Анализ нормативных документов четырех орга¬
низаций (ISO, CEN, ASTM и DGZfP) показывает, что
большинство документов (8 из 24) посвящены АЭ
контролю резервуаров для хранения жидкостей и га¬
за или сосудов высокого давления. Полимерным ма¬
териалам посвящено 7 стандартов, далее следуют
металлы (6) и керамика (1). Методика конкретного
18
Бетон и железобетон. - 2013. - Ns3
применения метода АЭ рассматривается в 12 амери¬
канских стандартах. К ним относятся следующие
нормативные документы:
Е569 регламентирует использование АЭ для конт¬
роля сосудов под давлением, трубопроводов и других
сооружений, испытание которых производится с по¬
мощью повышения внутреннего давления или темпе¬
ратуры. Основной задачей контроля этих сооружений
методом АЭ является обнаружение, локация и клас¬
сификация источников АЭ. Другие методы неразру¬
шающего контроля могут использоваться для даль¬
нейшей оценки значимости акустических сигналов.
Е749 описывает процедуры использования метода
АЭ для контроля качества сварных швов в ходе неп¬
рерывной сварки как во время производства работ, так
и после их окончания. Задача контроля - обнаруже¬
ние разрывов и дефектов в свариваемой зоне.
Е751 описывает процедуру применения метода
АЭ в ходе точечной сварки. Е1067 описывает ис¬
пользование метода АЭ для неразрушающего конт¬
роля цистерн, сосудов под давлением, выполненных
из стеклопластика на основе эпоксидных смол.
Е1118 описывает применение метода АЭ для оп¬
ределения целостности термоизолированных труб.
Е1139 описывает методы непрерывного монито¬
ринга металлических сосудов, трубопроводов и дру¬
гих систем, находящихся под давлением.
Е1211 описывает метод обнаружения и локали¬
зации протечек (газов и жидкостей) из систем, нахо¬
дящихся под давлением.
Е1419 описывает применение метода АЭ для не¬
разрушающего контроля бесшовных баллонов высо¬
кого давления (трубопроводов), которые использу¬
ются для транспортировки (хранения) газа в про¬
мышленных условиях.
Е1888 описывает методы обследования герметич¬
ных контейнеров из стекловолокна и армированного
пластика с применением АЭ. Контейнеры такого типа
обычно используются для цистерн, предназначенных
для перевозки опасных химических веществ.
Е1930 описывает принципы контроля надземных
резервуаров для хранения жидкости.
Е2076 описывает применение метода АЭ для ис¬
пытаний армированных стекловолокном лопастей
вентилятора. Этот тип лопастей используется в про¬
мышленных градирнях и теплообменниках.
Е2191 описывает руководящие принципы для рас¬
смотрения АЭ в волокно-композитных сосудах под
давлением, например, для топливных баков в транс¬
портных средствах, использующих природный газ.
Е2478 описывает использование АЭ в процессе
тестирования образцов композитов.
РД 50-447-83 устанавливает правила организа¬
ции и проведения акустико-эмиссионного контроля
сосудов, аппаратов, котлов и технологических тру¬
бопроводов; устанавливает требования, обеспечи¬
вающие организацию и проведение акустико-эмис¬
сионного контроля объектов, подконтрольных Гос¬
гортехнадзору России, которые распространяются
НИИЖБ ЯШ
85 лет ШЕ
на проведение АЭ контроля сосудов, аппаратов, кот¬
лов и технологических трубопроводов, работающих
при избыточном давлении. Документ содержит тре¬
бования к организации работ исполнителям и поря¬
док подготовки к выполнению акустико-эмиссионного
контроля, требования к аппаратуре и оборудованию,
определяет проведение контроля, обработку, анализ
и оценку результатов контроля. В документе приво¬
дится система классификации источников АЭ.
Применение метода АЭ в строительстве
Большой частью коммерческого применения ме¬
тода АЭ были и еще долгое время останутся проце¬
дуры контроля при тестовых нагрузках и оценке сос¬
тояния цистерн и емкостей для перевозки и хране¬
ния нефтепродуктов, резервуаров для хранения
сжиженного газа, сосудов давления и магистральных
трубопроводов для транспортировки углеводородов.
Для оценки повреждений Японское общество по
неразрушающему контролю разработало рекомен¬
дации NOIS 2421 [5]. Количественная оценка пов¬
реждений производится при помощи критерия клас¬
сификации дефектов. Критерий основан на опреде¬
лении двух параметров:
коэффициент нагрузки (load ratio) = отношение
суммарной активности АЭ на первом цикле нагруже¬
ния к суммарной активности на втором цикле нагру¬
жения; коэффициент разгрузки (calm ratio) = отно¬
шение суммарной активности во время разгрузки
первого цикла нагружения к суммарной активности
при разгрузке на втором цикле нагружения;
Коэффициент нагрузки основан на концепции
эффекта Кайзера [6]. Согласно этой концепции, при
повторном нагружении сигналов АЭ будет значи¬
тельно меньше, чем было зарегистрировано на пер¬
вом цикле нагружения. В том случае, когда коэффи¬
циент нагрузки (load ratio) больше 1, это свидетель¬
ствует об отсутствии дефектов, в то время как значе¬
ние этого коэффициента (load ratio) меньше 1 свиде¬
тельствует о наличии повреждений. Коэффициент
разфузки (calm ratio) относится к проявлению сигна¬
лов акустической эмиссии во время разгрузки. Появ¬
ление сигналов акустической эмиссии при разгрузке
является признаком структурной нестабильности.
Отсутствие АЭ при разгрузке свидетельствует об от¬
сутствии повреждений.
В JCMS-III В5706 [7] приводится методика, позво¬
ляющая определить появление трещин в бетоне, вы¬
числять координаты трещин, классифицировать их
(трещины сдвига, трещины отрыва, смешанные тре¬
щины) и определять их ориентацию. Тип трещин уста¬
навливается на основании данных анализа формы
АЭ сигнала. Координаты трещин в объеме бетона вы¬
числяются по разности времени прихода сигнала на
датчики АЭ. Ориентация трещин в трехмерном прост¬
ранстве устанавливается на основании разработан¬
ной М. Отцу [1, 2] процедуры Sigma (Simplified Green’s
functions for Moment tensor Analysis) - упрощенной
функции Грина для анализа тензора моментов.
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
19
PfE НИИЖБ
Me 85 лет
В НИИЖБ им. А. А. Гвоздева разработаны мето¬
дики, позволяющие оценивать состояние конструк¬
ций по данным АЭ измерений и заблаговременно оп¬
ределять разрушающую стадию работы конструкции
[8, 9]. Метод АЭ можно с успехом использовать для
оценки состояния строительных конструкций при
тестовом приложении нагрузки. Разработаны мето¬
дики, позволяющие при помощи циклических нагру¬
жений неразрушающими методами оценить несу¬
щую способность закладных деталей [10, 11]. Накоп¬
ленный опыт не нашел своего отражения в директи¬
вах или стандартах по АЭ. На сегодняшний день в
нашей стране и за рубежом не существует норматив¬
ных документов по применению метода АЭ в строи¬
тельстве. Многочисленные исследования с исполь¬
зованием метода АЭ для неразрушающего контроля
показывают перспективность этого метода в строи¬
тельстве. Гражданские и инженерные сооружения
(например, мосты, высотные здания, гидротехничес¬
кие сооружения, атомные станции и т. д.) составляют
класс тестовых объектов, для которых оценка струк¬
турной целостности методом АЭ может стать ком¬
мерчески успешным приложением.
Библиографический список
1. Ohtsu М., Uchida М., Okamato Т., Yuyama S. Damage assess¬
ment of Reinforced Concrete Beams Qualified by Acoustic Emission,
ACI Structural Journal. - 2002. - Vol. 99. - No. 4. - Pp.411-417.
2. Yuyama S., Okamoto .T, Shigeishi М., Ohtsu М., Kishi T. A
proposed standard for evaluating structural integrity of reinforced con¬
crete beams by acoustic emission, Acoustic Emission: Standards and
Technology Update, ASTM STP 1353 - American Society for Testing
and Materials, S.J. Vahavilos Ed., 1998. - Pp.1-12.
3. Recommendation of RILEM TC 212-ACD: acoustic emission
and related NDE techniques for crack detection and damage evalua¬
tion in concrete* Test method for classification of active cracks in con¬
crete structures by acoustic emission.
4. Recommendation of RILEM TC 212-ACD: acoustic emission
and related NDE techniques for crack detection and damage evalua¬
tion in concrete* Test method for damage qualification of reinforced
concrete beams by emission.
5. NDIS 2421 Recommended Practice for In-Situ Monitoring of
Concrete Structures by Acoustic Emission, Japanese Society for Non-
Destructive Inspection, 2000.
6. Сагайдак А.И. Исследование эффекта Кайзера в сжатых же¬
лезобетонных элементах. Экспериментальные и теоретические
исследования строительных конструкций. Сб. научн. тр. ЦНИИСК
им. Кучеренко. - М., 1990 - С. 127-129.
7. JCMS-III В5706 Monitoring method for active cracks in concrete
by acoustic emission,Federation of Construction Materials Industries,
Japan, 2003.
8. Sagaidak A., Elizarov S., Reshetilova N. Experience in applica¬
tion of acoustic emission method for estimation of building construc¬
tion condition. 30th European Conference on Acoustic Emission
Testing & 7th International Conference on Acoustic Emission
University of Granada, 12-15 September 2012.
9. Сагайдак А.И. Способ определения предельного состояния
строительных конструкций. Патент на изобретение №2417369
2011.
10. Сагайдак А.И., Крылов С.Б. Способ контроля несущей спо¬
собности заклад-ных деталей. A.C. России №2147736 2000.
11. Сагайдак А.И. Применение метода акустической эмиссии
для оценки качества заделки закладных деталей II Бетон и желе¬
зобетон. - 1998. - № 5. - С. 15-16.
А.Ф. ШАШИН, М.Ю. ОЛЕЙНИК, специалисты Второго проектного института
(Москва); Е.Н. ОВЧИННИКОВ, главный инженер ООО "Унитех-М" (Чувашия,
г. Новочебоксарск); А.С. СУХАНОВ, главный технолог ЗАО "250 завод ЖБИ" (Серпухов)
НОВОЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ШИРОКИХ АРМАТУРНЫХ
СЕТОК
В рамках этой статьи рассмотрены современные
отечественные автоматизированные сварочные
комплексы и отдельные машины по изготовлению
широких арматурных сеток, а также специализиро¬
ванное технологическое оборудование для сборного
железобетона, выпускаемое на предприятиях компа¬
нии ООО "Унитех-М" (г. Новочебоксарск, Чувашия).
Это оборудование создано на базе последних дости¬
жений советской научной и инженерной школ конца
80-х годов прошлого столетия и первого десятилетия
текущего века.
Компания ООО "Унитех-М" начала свою деятель¬
ность в области производства сварочного и заготови¬
тельного оборудования для промышленности сбор¬
ного железобетона в 1990 г. Ядро коллектива компа¬
нии составили сотрудники специализированного
конструкторско-технологического бюро "Стройинду¬
стрия" Российского государственного строительно¬
промышленного концерна "Россевзапстрой" и управ¬
ления по разработке и внедрению новой техники
20
проектно-строительного управления "ЛАД", г. Ново¬
чебоксарск.
Основная деятельность компании направлена на
качественное производство арматурно-сварочного
оборудования по заявкам заказчиков. В настоящее
время на предприятиях компании разработана и
внедрена научно обоснованная система контроля
качества и контроля за выходом готовой продукции.
Это позволяет в короткие сроки и с высоким качест¬
вом изготовлять технологическое оборудование по
техническому заданию заказчика и точно выдержи¬
вать сроки его поставок в различные регионы России
и ближнего зарубежья.
Компания имеет шесть своих представительств в
разных городах России и странах ближнего зару¬
бежья. Продукция компании пользуется большим и
нарастающим спросом у заводов сборного железо¬
бетона и поставщиков металлопродукции. В активе
компании неоднократные победы в тендерах на пос¬
тавку оборудования для крупных заводов и объеди¬
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
нений по производству железобетона для промыш¬
ленного и жилищного строительства, таких как:
- предприятия группы компаний "Строительное
управление № 155",
- группа компаний ПИК,
- предприятия республики Беларусь и др.
Располагая высоким уровнем подготовки и ква¬
лификации специалистов и имея в своей структуре
специализированное конструкторское бюро, компа¬
ния в состоянии выполнять сегодня различные слож¬
ные заказы по техническим заданиям заказчиков.
При большом разнообразии номенклатуры выпуска¬
емого оборудования основной продукцией компании
являются современные автоматизированные сва¬
рочные линии по производству арматурных сеток
для панелей перекрытия размером "на комнату" про¬
лётом до 3,8 м, а также для других плоскостных же¬
лезобетонных изделий, например дорожных плит
раз-мером 2x6 м.
Основой высокопроизводительных автоматизи¬
рованных сварочных линий является новая серия
сварочных машин типа МТМ-177.02ЭП, отличающих¬
ся от ранее выпускаемых сварочных машин высокой
производительностью - до 60 сварок в минуту, прос¬
тотой переналадки шагов продольных стержней, по¬
ниженным потреблением сжатого воздуха - не более
60 м3/час. Разработанные серии этих машин пред¬
назначены для сварки сеток с ячейками от 50x50 до
200x200 мм и шириной до 3600 мм с подачей про¬
дольных и поперечных проволок диаметром 3-6 мм с
бухт. Длина сетки не регламентируется и ограничи¬
вается длиной приемного стола. Возможна намотка
сетки в рулоны диаметром до 1500 мм.
Серия машин МТМ-177.04П позволяют проводить
контактную сварку арматурных сеток из продольных
(диаметр до 12 мм) и поперечных (диаметр до 10 мм)
прутков. Машины этой серии позволяют сваривать
сетки с ячейками от 100x100 до 300x300 мм и шири¬
ной от 2000 до 4000 мм с производительностью 20-
30 сварок в минуту.
В сварочных машинах МТМ-177.04П может ис¬
пользоваться боковая подача поперечного прутка
мерной длины диаметром 3-10 мм из щелевого нако¬
пителя или фронтальная - из бункера-питателя. Про¬
волока диаметром 3-6 мм может подаваться с бухт.
Один из вариантов автоматизированных линий на ба¬
зе сварочной машины МТМ-177.04П позволяет изго¬
тавливать сетки с подачей из бухты поперечной про¬
волоки периодического профиля диаметром до 10 мм.
Автоматизированные линии на базе модифици¬
рованных сварочных машин МТМ-289.03 позволяют
изготавливать сетки шириной 1500-2800 мм как из
арматурных стержней мерной длины, так и с пода¬
чей из бухт.
Для сварки мелкоячеистых сеток с шагом ячеек
50х(50-200)-100х(50-200) мм и шириной полотна от
600 до 1200 мм служат автоматизированные линии
серии ЛМС с подачей продольных и поперечных про¬
волок из бухт.
На автоматизированной сварочной линии ЛДК-5
осуществляют сварку двухветьевых каркасов с пода¬
чей продольной и поперечной проволоки диаметром
3-6 мм с бухт. Автоматизированная линия ЛДК-16
предназначена для сварки двухветьевых каркасов с
ручной укладкой продольных мерных стержней диа¬
метром до 16 мм и автоматической подачей прово¬
локи 4-5 мм с бухт или стержней мерной длины диа¬
метром 6-12 мм из бункера-питателя.
В настоящее время в стадии разработки и изго¬
товления находятся инновационная сварочная ма¬
шина МТМ-177.03.16 для сварки тяжелых сеток из
продольных и поперечных стержней мерной длины
диаметром 6-16 мм с шириной каркаса до 3000 мм и
шагом ячейки 100x100-300x300 мм и автоматизиро¬
ванная линия для сварки двухветьевых каркасов
ЛДК-12СП из проволоки периодического профиля
диаметром до 12 мм с подачей из бухт. Опытные об¬
разцы автоматизированных линий для сварки двух¬
ветьевых каркасов ЛДК-12 внедрены в марте 2013 г.
на Челябинском заводе ЖБИ-1 и ООО "Дискус"
(г. Новосибирск). Все линии полностью комплектуют¬
ся необходимым дополнительным оборудованием,
обеспечивающим автоматический режим изготовле¬
ния арматурных сеток и каркасов.
В комплект дополнительного оборудования вхо¬
дят бухтодержатели пяти модификаций, устройства
для горизонтальной и вертикальной правки прово¬
лок, механизмы предварительной подачи и правки
продольных и поперечных проволок, механизмы до¬
сылки и резки поперечной проволоки и укладки отре¬
занных стержней под электроды, ножницы сеточные
четырех модификаций с пневмо- и электромехани¬
ческим приводом и шириной реза до 4000 мм, паке¬
тировщики сеток, установка для намотки легких се¬
ток в рулоны и др. Перечисленное оборудование
включено в единую цепь управления процессом из¬
готовления сеток по заданной программе.
Сварочные машины во время наладки позволяют
менять ступени напряжения сварочных трансформа¬
торов, устанавливать необходимое время сварки,
регулировать сварочное усилие пневмоцилиндров в
зависимости от диаметра прутков и от режима свар¬
ки - "жесткого" или "мягкого". Сварку можно произво¬
дить сразу всеми электродами одновременно или
покаскадно в несколько очередей.
В пневмосистемах сварочных машин применена
импортная пневмоаппаратура SMS (Япония),
Kamozzi (Италия), Festo (Германия) - в зависимости
от требования заказчиков. Сварочные электроды из¬
готовляются из материала БрНХК, представляющего
собой высокотемпературный спёк меди и углерода, с
повышенным ресурсом службы, по сравнению с
электродами из цирконистой бронзы.
Шкафы управления комплектуются современны¬
ми микроконтроллерами фирм OMRON И MITSUBIHI
ELECTRIC (Япония). Программу технологических па¬
раметров сварки и режим работы автоматизирован¬
ной линии в целом задают с панели оператора, уп¬
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
21
равление исполнительными механизмами свароч¬
ной машины и автоматизированной линии осущес¬
твляется элементами управления, расположенными
на наклонной панели шкафа управления. Габариты
последнего не превышают 800x800x1100 мм.
Кроме изготовления автоматизированных линий,
компания выпускает заготовительное и вспомога¬
тельное оборудование для нужд арматурно-свароч¬
ных цехов предприятий сборного железобетона:
станки для гибки и резки арматуры; правильно-от-
резные автоматы; подвесные и одноточечные маши¬
ны контактной сварки; стыкосварочные машины; ав¬
томаты для сварки закладных деталей под слоем
флюса АДФ-2001.03; оборудование для напрягае¬
мой арматуры; вертикальные и горизонтальные ус¬
тановки для сборки объемных каркасов и т.п.
Линейка модифицированных сварочных машин
МТМ-177, заготовительного и вспомогательного обо¬
рудования представлена в интернете на сайте ком¬
пании WWW.UNITEHSTROY.RU. На сегодняшний
день творческий потенциал и производственные
мощности компании позволяют разрабатывать и из¬
готовлять различное специализированное техноло¬
гическое оборудование для сборного железобетона
по техническим заданиям заказчиков.
В списке специализированного оборудования,
выпускаемого компанией, особо важное место зани¬
мает созданный в первом десятилетии текущего ве¬
ка комплект оборудования нового поколения для из¬
готовления временных концевых спиральных анке¬
ров на стержневой преднапрягаемой арматурной
стали. Эти анкеры служат для закрепления натяги¬
ваемой арматуры в упорах форм, поддонов и стен¬
дов до приобретения бетоном изделия необходимой
прочности, после чего анкеры обрезают, а усилия в
стержнях обжимают бетон изделия.
Ныне действующие заводы ЖБИ, занятые изго¬
товлением преднапряжённого железобетона, пос¬
ледние 20 лет испытывают острейший дефицит в но¬
вом оборудовании для анкеровки преднапрягаемой
стержневой арматурной стали. Заводы ЖБИ годами
используют устаревшее малопроизводительное, из¬
ношенное физически и морально, латаное-перела-
таное оборудование советских времен, так как вы¬
пуск его был прекращен из-за развала промышлен¬
ности строительного машиностроения в "трудные”
девяностые годы. Поэтому появление на строитель¬
ном рынке экономически эффективного высокопро¬
изводительного оборудования нового поколения иск¬
лючительно актуально.
В состав комплекта нового поколения входит
следующее технологическое оборудование:
1. Станок-автомат СТУ-174 для навивки спираль¬
ных втулок-заготовок для витого анкера. Прототипом
этого станка является известная заводчанам уста¬
новка для изготовления спиральных шайб ш. МШ-1,
рекомендованная ранее Госстроем СССР к внедре¬
нию при техническом перевооружении предприятий
сборного железобетона.
2. Установка для опрессовки шайб гидравличес¬
кая МОГ-18 прямого действия взамен ранее выпус¬
кавшихся пневматических машин и гидравлических
установок первого поколения.
Применение в сборном железобетоне высокоп¬
рочной термомеханически упрочненной стержневой
арматурной стали по ГОСТ 10884-94 классов проч¬
ности Ат-600 - Ат-1200 (At-IV - Ат-VII), обеспечиваю¬
щей значительное снижение (до 40%) материалоём¬
кости изделий, требует использования анкеров по¬
вышенной несущей способности.
В 80-х годах прошлого века в институте Гипрост-
роммаш проводились исследования технологии из¬
готовления спиральных анкеров с целью определе¬
ния конструкции анкера, обеспечивающего повы¬
шенную несущую способность. Анкер предназначал¬
ся для более полного использования возможностей
стержневой высокопрочной арматурной стали. Такая
технология анкеровки арматуры была разработана.
Новизна созданной промышленной технологии спи¬
ральной анкеровки высокопрочной арматурной ста¬
ли была защищена авторскими свидетельствами
СССР №№ 558103 и 1636545, определяющими опти¬
мальную конструкцию витого анкера и устройства
для его обжатия на стержневой арматуре.
Оптимальная конструкция холоднообжатого спи¬
рального анкера приобрела форму усеченного конуса
или усеченной пирамиды с коническим уширением у
плоского опорного торца (см. рисунок). Это уширение
создает необходимую опорную площадь анкера для
размещения ею в упорах формы. При такой форме
анкера спиральная втулка, одетая на стержень, плас¬
тически опрессовывается в матрицах (губках) опрес-
совочного устройства в радиальном и осевом направ¬
лениях. Осевое усилие, возникающее от вертикаль¬
ной силы обжатия, пластично формирует опорный ви¬
ток потребной площади опоры в плоскости, перпенди¬
кулярной оси стержня, уплотняет рабочие витки меж¬
ду собой за счет пластической деформации проволо¬
ки спирали. Сформированный таким образом анкер с
сомкнутыми витками и плоским опорным торцем ра¬
ботает как монолит, обеспечивая его несущую способ¬
ность, систематически проверяемую на испытатель¬
ных образцах арматуры в условиях производства.
Спиральный анкер повышенной несущей способности с
плоским опорным торцем
Несущая способность витого анкера для высо¬
копрочной стержневой арматурной стали в диапазо¬
не диаметров 10-25 мм определяется количеством
рабочих витков обжатого анкера, которые рассчиты¬
ваются по инженерной методике, опубликованной в
журнале "Бетон и железобетон" №5 за 2006 г. Про¬
22
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
мышленное применение витых холоднообжатых ан¬
керов регламентировано Техническими условиями
института ВНИИЖелезобетон ТУ 21-33-31-88.
Созданный компанией "Унитех-М” опытный обра¬
зец комплекта оборудования по анкеровке арматур¬
ной стали в составе станка-автомата для навивки
спиральных втулок СТУ-174 и двух опрессовочных
установок МОГИ 8 по рекомендации проектного инс¬
титута ПИ-2 (Москва) был смонтирован на 250-м за¬
воде ЖБИ (г. Серпухов Московской области) по ини¬
циативе генерального директора Н.Р. Конона и глав¬
ного инженера завода Э.В. Прасолова, где опытный
образец комплекта проходил испытания и последую¬
щую доработку в производственных условиях.
Основной продукцией указанного завода являет¬
ся производство преднапряжённых панелей перек¬
рытий КПД размером "на комнату" с использованием
предняпрягаемой высокопрочной стержневой арма¬
туры диаметром 12 мм класса Ат-V. Испытание
опытного образца созданного технологического обо¬
рудования по анкеровке стержней и его последую¬
щая доработка на заводе проводились под руковод¬
ством главного технолога А.С. Суханова с участием
главного механика завода Н.А. Вороны, начальника
арматурного цеха Л.В. Атамановой, механика арма¬
турного цеха В.И. Дубасова, а также представителей
завода-изготовителя (периодически) и проектного
института ПИ-2.
По инициативе главного технолога завода
ЖБИ-250 А.С. Суханова в первую очередь подверг¬
лись переработке обжимные матрицы (губки) опрес¬
совочных установок и их посадочное гнездо с целью
получения витого анкера в виде усеченного конуса с
коническим уширением у опорного торца. Несущая
способность анкеров для применяемой на заводе вы¬
сокопрочной арматуры Ат-V и At-VI рассчитывалась
по вышеуказанной методике. Для достижения несу¬
щей способности обжатого витого анкера на арматуре
повышенной прочности по расчету потребовалось
всего 4 рабочих витка спиральной втулки из проволо¬
ки диаметром 6,5-7 мм. По окончании доработки обо¬
рудования и получения высоких результатов на испы¬
тательных образцах арматуры комплект оборудова¬
ния был допущен к промышленной эксплуатации.
Высокая несущая способность спиральных анке¬
ров, подтвержденная многократными испытаниями
арматурных образцов, позволяет заменить в панелях
перекрытий стержневую арматуру диаметром 12 мм
пятого класса на более высокопрочную арматуру
шестого класса диаметром 10 мм, обеспечивая при
этом экономию арматурной стали.
Из вышеизложенного ясно, что результаты высо¬
кой экономической эффективности могут быть дос¬
тигнуты при использовании современных отечест¬
венных научно-технических разработок, инновацион¬
ных технологий и оборудования.
В заключение следует отметить несколько харак¬
терных особенностей в работе группы компаний
"Унитех-М", способствовавших удержанию ее "на пла¬
ву" в "трудные" девяностые годы. Предприятия ком¬
пании, начав с небольших производственных масте¬
рских в те годы, выросли и преобразовались сегодня
в мощное работоспособное предприятие с инноваци¬
онными технологиями. И всего этого коллектив
добился самостоятельно, благодаря творческому
отношению к делу, без финансовой помощи и каких-
либо иных преференций со стороны государства.
Таких основных особенностей в становлении
компании "Унитех-М" видится три:
1. Сохранение квалифицированных трудовых
кадров в период разрухи девяностых годов за счет
непрерывного и мучительного поиска различных за¬
казов для предприятия, в том числе и непрофиль¬
ных, постоянная борьба за выживание. Для этого ру¬
ководству предприятия и, в первую очередь, ее гене¬
ральному директору В.И. Яковлеву потребовалось
приложить офомные усилия, проявить неординар¬
ные способности и талант по непрерывному поиску
заказов для зафузки коллектива, предотвращая его
распад, не терять в то трудное время оптимизма и
веры в будущее предприятия.
2. Сознание необходимости сохранить разрабо¬
танную еще в советское время конструкторско-техно-
логическую документацию и перенять с "гибнущих"
предприятий прогрессивную технологию (например, с
завода "Электрик” и других предприятий).
3. В условиях нарастающей конкурентной борьбы
за покупателя компания, располагая высоким научно-
техническим потенциалом и ищущими людьми, про¬
водит непрерывное совершенствование выпускае¬
мой продукции и постановку на производство новых
видов арматурного оборудования, находит новые
рынки сбыта, в том числе за рубежом. В настоящее
время по заключенному международному контракту
компания "Унитех-М" осуществляет строительство
завода по производству арматурных изделий для
нужд строительства в одной из африканских стран.
В следующих публикациях представляется
целесообразным продолжить анализ незаслуженно
забытого прогрессивного оборудования, получив¬
шего ранее промышленное и опытно-промышленное
внедрение или предложенного к внедрению на
предприятиях сборного железобетона.
Дополнительную информацию можно получить
у авторов:
А.Ф. Шашин (495)570-50-58
М.Ю. Олейник (495)744-03-68,
e-mail:jtrta666@yandex. ги
Библиографический список
1. Патент РФ № 96510 от 2010 г.
2. Авторское свидетельство СССР №№ 558103 (приоритет
1976 г.) и 1636545 (приоритет 1991 г.)
3. Шашин А.Ф. Методика расчета анкеров типа "обжатая обой¬
ма"// Бетон и железобетон - 2006 - N» 5 - С. 7-9.
4. Анкеры и стыковые соединения типа "обжатая обойма" и
"обжатая спираль". Технические условия института ВНИИЖелезо-
бетон ТУ 21-33-31-88.
Бетон и железобетон. - 2013. - N>3
23
Н.В. ГИЛЯЗИДИНОВА, канд. техн. наук, доц., Н.Ю. РУДКОВСКАЯ, Т.Н. САНТАЛОВА,
доценты (КузГТУ им. Т.Ф.Горбачева, г. Кемерово)
КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ШЛАКОБЕТОНОВ
Современный уровень развития строительного
комплекса диктует необходимость усовершенство¬
вания такого высокофункционального материала,
как бетон. Постоянно разрабатываются новые мате¬
риалы и оригинальные способы модификации ста¬
рых. Строители не должны забывать, что результа¬
том их труда являются объекты долговременного ис¬
пользования, поэтому следует обеспечить на дли¬
тельный срок эксплуатации зданий или сооружений
необходимый ресурс их долговечности с минималь¬
ными ремонтами.
К бетонным и железобетонным конструкциям
предъявляют повышенные требования по прочности
на сжатие и растяжение при статических и динами¬
ческих нагрузках. Кроме того, железобетонные
конструкции часто работают в условиях действия аг¬
рессивных сред, поэтому бетон должен обладать по¬
вышенной водонепроницаемостью и сопротивляться
различным видам агрессии. Наиболее полно предъ¬
явленным требованиям отвечают бетоны на шлако¬
вых заполнителях.
Кузбасским государственным техническим уни¬
верситетом им. Т.Ф. Горбачева разработаны составы
тяжелых бетонов классов В7.5-В35 на мелких и круп¬
ных заполнителях из смеси топливных и доменных
шлаков Кузнецкого и Западно-Сибирского металлур¬
гических комбинатов.
Результаты исследования кузнецких доменных
шлаков показали, что они состоят на 85-90% из зас-
теклованных мелких частиц и 10-15% закристалли¬
зованных частиц с размерами пор от долей до 5 мм.
Такие шлаки относятся к кислым. При обычных тем¬
пературах (15-25вС) они почти не проявляют актив¬
ности при взаимодействии с водой, но при воздей¬
ствии на них механических, химических или тепло¬
вых факторов становятся активными. В результате в
зоне контакта образуются взаимопрорастающие
кристаллы, повышающие прочность и однородность
системы в целом. Все это дает основание считать,
что доменный шлак может являться активным запол¬
нителем бетона, улучшающим его структурное каче¬
ство и прочностные характеристики. В сравнении с
аналогичными бетонами на природных заполните¬
лях, они требуют меньшего удельного расхода вяжу¬
щего и в то же время отличаются повышенной водо¬
непроницаемостью, морозостойкостью, сопротивля¬
емостью сульфатной агрессии и действию высоких
температур.
В ходе экспериментальных исследований уста¬
новлено, что шлаковый бетон оптимальных составов
на заполнителях из доменных шлаков при расходе
цемента до 400 кг/м3 имеет среднюю плотность 2300-
2500 кг/м3 и прочность на сжатие от 15 до 55 МПа,
что указывает на высокое качество его структуры.
Прочность пропаренного шлакобетона выше на 11-
20%, чем бетонов с другими обогащающими добав¬
ками. А введение в бетон на шлаковом щебне хими¬
ческих добавок (0,15-0,20% ЛСТМ от массы цемента)
снижает водопотребность смеси на 15-20%, улучша¬
ет структуру и стойкость бетона.
Для определения долговечности шлакобетона в
ходе исследований определяли водопоглощение,
морозостойкость и сульфатостойкость бетонов раз¬
личных марок и составов. Показатели долговечности
бетона приведены в таблице.
Вид тяжелого
бетона
Класс
бетона
по проч¬
ности на
сжатие
Показатели долговечности
Марка по
морозостой¬
кости
Марка по
водоне¬
прони¬
цаемости
Сульфато¬
стойкость
(коэффи¬
циент
стойкости,
Кс)
Бетон на
В7.5-В10
F25
W2
0,82
природных
В15-В20
F100
W4
0,88
заполнителях
В25-В30
F200
W4
1.1
Бетон на
шлаковом
щебне,
В7.5-В10
F50
W4
1.31
гранулированном
В15-В20
F200
W6
1,49
шлаке и
В25-В30
F300
W10
1,72
золошлаковой
смеси
Бетон на
отвальном
В7.5-В10
F50
W4
1.21
шлаке и
В15-В20
F200
W6
1.51
золошлаковой
В25-В30
F400
W10
1,68
смеси
Бетон на
природном
В7.5-В10
F75
W2
1.25
гравии и
В15-В20
F100
W4
1.45
золошлаковой
В25-В30
F200
W6
1.48
смеси
Морозостойкость шлакобетонов различных соста¬
вов изучали на кубиках размером 100x100x100 мм,
выдержанных (после пропаривания) в течение 28 сут
по ускоренной методике, имитирующей цикличное
воздействие замораживания-оттаивания. Оно осно¬
вано на том, что насыщенный раствор сернокислого
натрия, проникая в поры бетона, при высушивании
переходит в перенасыщенный и начинает кристал¬
лизоваться. Эти кристаллы, увеличиваясь в объеме,
давят на стенки пор, вызывая в них напряжения рас¬
тяжения. Если последние превышают предел проч¬
ности бетона, то стенки его начинают разрушаться,
что и вызывает разрушение всего образца, которое
всегда начинается с поверхности (углы, ребра и т.д.).
Как видно из таблицы, морозостойкость бетонов
низких классов на природном щебне и песке из шла¬
24
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
ков ТЭС (золошлаковая смесь), как и на заполните¬
лях из доменных шлаков В7.5-В10, незначительна.
Эти бетоны в климатических условиях Кузбасса мо¬
жно применять для конструкций II класса по степени
ответственности в условиях воздушно-влажностного
состояния.
С ростом прочности морозостойкость бетонов
увеличивается,они становятся пригодными для при¬
менения в конструкциях I класса по степени ответ¬
ственности. Морозостойкость бетона на заполните¬
лях из доменных шлаков, как и следовало ожидать,
выше морозостойкости бетонов аналогичных клас¬
сов на природном гравии (щебне) и песке из золош¬
лаковой смеси. Это объясняется структурным каче¬
ством заполнителей и бетона на их основе. Можно
утверждать, что морозостойкость бетонов на запол¬
нителях из доменных шлаков на 1-2 марки выше,
чем у аналогичных тяжелых бетонов.
Водопоглощение исследуемых составов бетонов
составило 3,9-4,5%, т.е. оно не превышает аналогич¬
ных оптимальных характеристик плотного тяжёлого
бетона на природных заполнителях (4,5-5%). Это поз¬
воляет считать, что долговечность шлакобетонов не
уступает долговечности известных составов тяжело¬
го бетона. Как видно из таблицы, высокая водонепро¬
ницаемость шлаковых бетонов классов В15-В30 ко¬
леблется от W6 до W10, что позволяет использовать
их в конструкциях, подверженных действию напор¬
ных вод.
Сульфатостойкость бетона определяли на кубах
размером 100x100x100 мм. Образцы, выдержанные
24 ч в нормальных условиях, помещали в воду, вы¬
держивали 14 сут, затем погружали в 5%-ный раст¬
вор Na2S04, а часть испытывали для определения
растяжения при раскалывании. Испытание образ¬
цов, находящихся в агрессивном растворе, проводи¬
ли через 14, 70, 126 сут, после чего определяли ко¬
эффициент стойкости {Кс). Образцы считаются вы¬
державшими испытание, если в возрасте 126 сут Кс
оказывается более 0,8.
Как видно из таблицы, тяжелый бетон на шла¬
ковых заполнителях (после испытаний в течение
126 сут) обладает достаточно высокой стойкостью к
сульфатной агрессии.Снижение прочности образцов
не превышало 8%. Оно связано с образованием и
накоплением в бетоне малорастворимых солей гип¬
са и гидросульфоалюмината, которые при переходе
в твердую фазу расширяются и разрушают бетон.
Следовательно, можно сделать вывод, что исследу¬
емые составы бетонов могут быть использованы в
условиях сульфатной агрессии, встречающихся на
многих промышленных предприятиях.
Результаты испытаний стойкости тяжелого бето¬
на на шлаковом щебне к действию продуктов жизне¬
деятельности животных показывают, что, в отличие
от бетонов на природных заполнителях, он обладает
высокой стойкостью к коррозии. Это подтверждает
целесообразность его применения для изготовле¬
ния конструктивных элементов сельскохозяйствен¬
ных зданий и сооружений.
Опираясь на проведенные исследования, можно
утверждать, что бетоны на смеси топливных и до¬
менных шлаков не имеют ограничений по области
применения. Их можно использовать для изготовле¬
ния несущих и ограждающих конструкций жилых,
гражданских, промышленных и сельскохозяйствен¬
ных зданий повышенной долговечности.
В. Г. ЗАИКИН, аспирант (ВлГУ)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ
КОМПЬЮТЕРНОГО РАСЧЕТА ДЛЯ МОНОЛИТНЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ
БЕЗРИГЕЛЬНОГО КАРКАСА
В [1] представлен метод автоматизированного
перераспределения усилий компьютерного расчета
(МАПУ КР) для неразрезных балок. В данной статье
показано распространение метода на расчет плит.
Рассмотрен фрагмент плиты перекрытия
6,5x9,5 м, опирающийся на две колонны - крайнюю
и среднюю (рис. 1). Колонны введены в расчетную
схему (PC) высотой в полэтажа ниже и выше плиты.
На свободные концы колонн наложены шарниры и
связи по [2]: для нижней колонны - все связи, для
верхней - за исключением линейной связи по Z. Край¬
ний пролет плиты по линии колонн - полный (6 м),
средний - в полпролета (3,25 м) с наложением свя¬
зей симметрии на свободную кромку в середине про¬
лета (X, Uv и U:). Полоса плиты в каждую сторону от
линии колонн принята в полшага смежных рядов (по
3,25 м в каждую сторону от линии колонн). На обе
свободные кромки плиты наложены связи симмет¬
рии (Y, их и Uz).
Толщина плиты = 200 мм. Сечение колонн
400x400 мм. Размеры надколонного участка плиты -
0,5x0,5 м (с учетом призмы обжатия). Плита задана
конечными элементами (КЭ) типа 41, надколонный
участок - КЭ 42. Толщина плиты надколонного участ¬
ка принята 8Л1 = 450 мм, что обеспечивает увеличе¬
ние жесткости, по сравнению с основной плитой, в
11,4 раза (на порядок).
Бетон класса В25. Нагрузки - собственный вес
(550 кгс/м2) плюс вес пола и временные нагрузки -
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
25
V
Рис. 1. Расчетная схема плиты с колоннами по МАПУ КР в ПК
ЛИРА, версия 9.4
а - геометрия плиты с номерами контролируемых КЭ и ТЖ плиты;
б - аксонометрия расчетной схемы с колоннами и нагрузками
1000 кгс/м2. Для упрощения расчета по ТЕСТ все наг¬
рузки собраны в одно загружение.
Реализация МАПУ КР производится путем под¬
бора в окончательном расчете величины понижен¬
ной жесткости для надколонного участка плиты. По¬
нижение жесткости осуществляется пошаговым сни¬
жением величины модуля деформаций бетона по [1].
В модифицированном расчете для надко-
лонных КЭ 42 принят модуль деформаций бе¬
тона £ = 3,06x10s тс/м2 против начального
Е = Ес- 3,06x105 тс/м2. Ес - начальный модуль де¬
формаций бетона В25 по СНиП.
Базовый расчет выполнен традиционно, без сни¬
жения жесткостей.
Целью модифицированного расчета с примене¬
нием МАПУ КР, аналогично [1], является эффектив¬
ное перераспределение усилий с опорных сечений
плиты - в пролет и обеспечение возможности алго¬
ритмизации чертежей армирования безригельного
каркаса с применением метода предельного равно¬
весия для плит. Армирование плиты по результатам
расчета ПК ЛИРА, версия 9.4 для вариантов показа¬
но на рис. 2.
Результаты сравнения вариантов армирования
плиты с применением МАПУ КР и базового расчета
сведены в таблицу.
По данным таблицы, в варианте МАПУ КР, в срав¬
нении с базовым расчетом, увеличение пролетного
армирования плиты вдоль линии колонн (по X) достиг¬
ло 16% в крайнем пролете и 6,3% - в среднем. В пер¬
пендикулярном направлении (по Y) - 10,6% в крайнем
створе колонн и 7,8% - в среднем. Таким образом,
Рис. 2. Мозаики армирование монолитной плиты
а - армирование плиты в базовом упругом расчете; б - армиро¬
вание плиты по МАПУ КР
МАПУ КР позволяет достичь перераспределения уси¬
лий в пролет в неразрывном комплексном КР.
Анализ цветовых мозаик армирования ЛИР-АРМ
показывает, что, в сравнении с базовым расчетом,
вариант МАПУ КР удачно модифицирует цветовую
мозаику раскладки опорной арматуры над колонна¬
ми, расширяя зоны опорного армирования и прибли¬
жая их к схеме армирования, принятой в [3]. При
этом обеспечивается также анкеровка опорной ар¬
матуры 016 А-Ill над крайней колонной.
Эти обстоятельства могут быть использованы
при алгоритмизации чертежей армирования плит
безригельного каркаса по результатам ЛИР-АРМ и
РСУ ЛИРЫ на основе аналогии с [3].
Армирование с применением МАПУ КР не требу¬
ет пересчета площади опорного армирования с се¬
редины приопорных КЭ на грань колонны (это необ¬
ходимо в базовом расчете ЛИРЫ), что также удобно
при разработке алгоритмов выполнения чертежей
армирования. Опорное армирование МАПУ КР мень¬
ше базового "пикового" армирования на 15-35%.
Перераспределение усилий с опорных сечений у
колонн в пролет является не только оправданным по
соображениям рационального армирования, но и не¬
избежным по механике работы плиты при длительной
эксплуатации в условиях ползучести бетона и пласти¬
ческих деформаций арматуры. Высокая точечная кон¬
центрация усилий в сечениях плиты над колоннами
усугубляет влияние этих факторов. Варьированием
величины жесткости надколонного участка методом
МАПУ КР можно получить любую иную пропорцию оп¬
тимального перераспределения усилий и армирова¬
ния с опорных участков в пролеты плиты по усмотре¬
нию проектировщика, либо - в зависимости от воз¬
26
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
Вариант
расчета
Контролируемые параметры расчета (Номер элемента, армирование МАХ, РСУ)
Крайний пролет
(по У- створ)
Крайняя опора
Средний пролет
(по У- створ)
Средняя опора
МАПУ КР |
По X
N&175
9,17 см2/п.м. (As-|)
Мх~ 3,61 тм/м
Qx = 0,69 т/м
Nb 252
11,66 СМ7П.М. (А§2>
Мх = “3,26 тм/м
Мху = 1,99 тм/м
Qx= 11,18 т/м
№7
8,19 см2/п.м. (ASi)
Мх = 3,24 тм/м
Qx= 0,61 т/м
№85
20,77 см2/п.м. (А52)
Мх — -9,8 тм/м
МХУ = 0*05 ™^м
Qx = 0,24 т/м
По У
Nb 257
8,14 см2/п.м. (А$з)
А/у = 3,26 тм/м
Qy= 0,39 т/м
Nb 221
17,34 см2/п.м. (А34)
Му = -4,73 тм/м
Мху = 1,99 тм/м
Qy= 12,68 т/м
№90
8,4 см2/п.м. (А53)
Му = 3,32 тм/м
Qy = 0,62 т/м
№97
21 см2/п.м. (AS2>
Му = -9,88 тм/м
Мху ~ о тм/м
Qy= 0 т/м
БАЗОВЫЙ
По X
№162
8,07 см7п.м. (ASi)
Мх = 3,2 тм/м
Qx= 0,52 т/м
Nb 221
12,22 см2/п.м. (AS2)
Мх = -5,63 тм/м
Qx~ 10,35 т/м
Армир. по грани колонны:
А$4 =17,84 см2/п.м.
(AS2=12,22x(10.35x0,25+5,63)/5,63=17,84)
№7
7,71 см^п.м. (AS1)
Мх — 3,07 тм/м
Qx= 0,61 т/м
№72
18,49 см2/п.м. (А52)
Мх = -7,83тм/м
Qx~ 9,66 т/м
Армир. по грани колонны:
Азд =24.19см2/п.м.
(AS2=18,49х(9,66х0,25+7,83)/7,83=24,19)
По У
Nb 257
7,36 см2/м (А53)
Му = 3,0 тм/м
Qy= 0,41 т/м
№252
20,36 см2/м (Азд)
Му = -5,22 тм/м
Qy = 6,2 т/м
Армир. по грани колонны:
А 34 =26,41см2/п.м.
(AS2=20,36x(6,2x0,25+5,22)/5,22=26,41)
№90
7,79 см2/м (AS3)
Му= 3,1 тм/м
Qy= 0,61 т/м
№85
18,65 см2/м (А^)
Му = -7,86 тм/м
Qy= 9,77 т/м
Армир. по грани колонны:
А$4 =24,45 см*/п.м.
(AS2=18,65x(9,77x0.25+7,86)/7,86=24,5)
можных рекомендаций норм, которые для безбалоч-
ных плит в настоящее время отсутствуют.
Сочетание МАПУ КР с приемами эффективного
армирования на участках под стенами [4] и опреде¬
ления прогибов [5] расширяет возможности КР и ал¬
горитмизации чертежей армирования плит перекры¬
тий безригельного каркаса.
Дополнительные преимущества МАПУ КР - по [1].
Рекомендации для пользователя по примене¬
нию МАПУ КР:
1. В допустимых случаях ввести в PC для нераз¬
резных балок, плит и др. надопорные элементы в га¬
баритах опоры и регулированием их жесткости по
МАПУ КР добиться желаемых результатов перерасп¬
ределения усилий с последующим армированием в
ЛИР-АРМ.
2. Контроль на соответствие положениям норм
[6] итогового перераспределения усилий обязателен.
3. Армирование смежных конструкций может
быть принято из базового расчета или с учетом вы¬
полненного перераспределения усилий в балке или
плите - по усмотрению пользователя.
4. Условие сохранения базового расчета являет¬
ся обязательным.
5. В случае успешного применения в реальных
задачах МАПУ КР следует включить в технологичес¬
кие инструкции (ТИ) пользователя [7-9] для закреп¬
ления технологии расчета.
6. Компьютерную технологию выпуска чертежей
КЖ на основе МАПУ КР следует включить в ТИ для
продвижения методов ОПСК и САПР.
Дополнительные замечания:
- по технологии МАПУ КР в СИТР КарПСП выпол¬
нены расчеты более тридцати многоэтажных монолит¬
ных зданий в г. Астана и других городах Казахстана;
- в ПК ЛИРА, версия 9.6 результаты армирования
изменились на 5-10%. Это свидетельствует об объ¬
ективной необходимости постоянного контроля ситу¬
ации при работе с любой расчетной программой и
разработки ТИ к эксплуатируемым программным
средствам (ПС) в каждой проектной фирме.
Выводы
МАПУ КР может с успехом применяться при вы¬
полнении расчетов неразрезных балок, плит, стен и
др. по любым ПС и ПК на основе МКЭ.
Применение МАПУ КР повышает производитель¬
ность труда проектировщика и качество результатов
расчета неразрезных балок и плит.
МАПУ КР способствует развитию и распростра¬
нению методов ОПСК и САПР.
МАПУ КР может стать одним из инструментов
ОПСК и САПР, разрабатываемых на основе ТИ к
программам расчетов в составе внутренней СМК
проектных фирм [8-9].
Библиографический список
1. Заикин В.Г., Валуйских В.П. Регулирование усилий в нераз¬
резных конструкциях в составе комплексного расчета ПК ЛИРА II
Бетон и железобетон. - 2011. - № 6. - С. 13-15.
2. Заикин В.Г. О результатах расчета безригельного каркаса на
ЭВМ II "ПРОЕКТ. -1993. - Na 2-3. - С. 137-139.
Бетон и железобетон. - 2013. - Ns3
27
3. Типовая серия. Система Куб-1. Конструкции унифицирован¬
ного сборно-монолитного безригельного каркаса. - М.: ЦНИИЭП
жилища, 1985.
4. Заикин В.Г. Компьютерный расчет армирования плиты лод¬
жии с кирпичным ограждением II Вестник МГСУ. - 2012. - № 8. -
С. 221-225.
5. Карабаиов Б.В. Приближенная оценка прогибов железобе¬
тонных плит перекрытий с использованием ПК ЛИРА II Бетон и же¬
лезобетон. - 2010. - № 2. - С. 12-13.
6. Руководство по расчету статически неопределимых же¬
лезобетонных конструкций / НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1975. -
192 с.
7. Заикин В.Г. О неоднозначной оценке расчетов строительных
конструкций // Строитель Казахстана. - 2006. - № 16/17. - С. 4-6.
8. Заикин В.Г., Валуйских В.П. Статус, роль и значение компью¬
терных расчетов строительных конструкций в массовом проектиро¬
вании // Промышленное и гражданское строительство. - 2012. -
№ 5. - С. 42-44.
9. Zaikin V.G., Valuiskikh V.P., Miroshnikov N.N. Effectiveness
increase of application programme complex calculation of building
constructions in mass projecting on the systematic approach basis.
ABSTRACT VOLUME "Abstract of the 14th international conference
on computing in civil and building engineeringH ed V.Telichenko, et al..
Moscow, june 27-29: s.n.. 2012. - P. 448-449.
Ю.Л. ТИМОФЕЕВ, д-р техн. наук, проф. (РГСУ)
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ БЕТОНА ОТ КОРРОЗИИ
Электрохимические процессы, протекающие в
бетоне при действии градиента потенциала внешне¬
го электрического поля, позволяют повышать струк¬
турную плотность бетона в растворах, содержащих
уплотняющие ионы. К таким ионам можно отнести
катионы Al3*, Mg2*, Fe5*, ионы органических полиэлект¬
ролитов, например, полиакриламида (ПАА-1), образу¬
ющих с веществом цементного камня малораствори¬
мые соединения.
Электрохимическое насыщение бетона уплотняю¬
щими составами можно производить в фунтовых ус¬
ловиях и в специальных электрохимических ваннах*.
Процесс электрохимического уплотнения бетона
исследовали на приборе (рис. 1). Скорость и степень
электрохимического уплотнения оценивалась по из¬
менению электрического сопротивления образцов из
мелкозернистого бетона группы Б, класса по проч¬
ности на сжатие В15, с В/Ц = 0,55, на основе портла¬
ндцемента М500 и песка с модулем крупности 2. На
основании опытных данных строились кривые изме¬
нения электрического сопротивления бетонных об¬
разцов в процессе их электрохимического уплотне¬
ния (рис. 2). Как видно из приведенного графика, уп¬
лотняющий эффект при применении полиакрилами¬
да ( ПАА-1) наблюдается уже через 3-4 ч от начала
процесса уплотнения.
Препарат ПАА-1 является продуктом полимери¬
зации амидных мономеров и обладает свойствами
полиэлектролитов. При взаимодействии с известью
он образует практически нерастворимый в воде по¬
лиакрилат кальция, который кальматирует поры бе¬
тона.
В целях получения параметров процесса уплотне¬
ния бетона в фунтовых условиях был проведен цикл
исследований на установке (рис. 3), моделирующей
процесс электрохимического уплотнения бетонных
конструкций в реальных условиях эксплуатации. Ус¬
тановка состояла из трех ячеек, заполненных гли¬
нистым фунтом с электрокинетическим потенциалом
§ = -25 мВ (в растворе KCI 0,001 н концентрации) и
Рис. 1. Опытная установка для исследования процесса элект¬
рохимического уплотнения бетона
1 - анодная ячейка; 2 - катодная ячейка; 3 - средняя ячейка;
4 - фланцы со стяжными болтами; 5 - платинированные элект¬
роды; 6 - нелоляризующиеся электроды; 7 - реохордный мост;
8 - выпрямитель ВСА-111Б; 9 - сетчатые электроды; 10 - бе¬
тонные образцы
RkOM
* А.С. №270564 СССР. МПК В-28В Способ увеличения плотности
и стойкости бетонных железобетонных изделий и сооружений /
Иванов Ф.М. Заявл 10.04.62. Опубл. в Б.И. - 1970. - Ne 16.
28
Рис. 2. Опытные кривые изменения электросопротивления
бетонных образцов в процессе электрохимического уплотне¬
ния
1 - в 10%-ном растворе ПАА-1; 2- в 0,5 н растворе FeClj, 3-е
0,5нрастворе MgCl^, 4-в 0,1 нраствореNa2Si03
коэффициентом электроосмоса ке = 1,2-10 5 см/В сек.
В каждый отсек установки помещали по три
железобетонных образца размером 50x100x100 мм,
армированных стальными сетками из проволоки ди¬
аметром 1 мм с ячейкой 10x10 мм. Образы готовили
из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие
В15, имеющего марку по водонепроницаемости W4.
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
Таблица 1
Структурно-физические параметры бетонных образцов
Уплотняющий состав
Время обработки, сут
Пористость, %
*ЭЮ 5, см2В1 сек1
Dq-Ю'11, см2 сек г
нач.
кон.
нач.
кон.
нач.
кон.
0,05 н раствор FeCl3
7
13,6
12,9
1,45
1,40
1,90
1,20
0,05 н раствор MgCl3
7
14,1
13,7
1,52
1,52
1,80
1,30
Раствор Na2SiC>3
1
15,0
12,0
1,50
1,30
1,30
0,50
10%-ный раствор
полиакриламида (ПАА-1)
1
16,1
11,0
1,50
1,20
1,20
0,10
Рис. 3. Установка для исследования процесса электроуплот¬
нения бетона в грунтовых условиях
1 - камеры с грунтом; 2 - трубчатые перфорированные элект¬
роды; 3 - железобетонные образцы; 4 - емкости с растворами
уплотняющих составов; 5 - уровнемерные трубки
В качестве анодных электродов использовались
перфорированные стальные электроды, через кото¬
рые в грунт подавались уплотняющие растворы. Ка¬
тодом служили арматурные сетки образцов. Перед
началом эксперимента образцы взвешивали. В про¬
цессе электрохимического уплотнения производи¬
лись замеры электрического сопротивления межэле-
ктродной зоны и электрического тока. Через 1-7 сут
железобетонные образцы извлекали из установки,
отмывали дистиллированной водой, подсушивали в
сушильном шкафу и повторно взвешивали.
Затем определяли общую пористость образцов,
коэффициент электроосмоса кэ и коэффициент про-
текаемости D0 (см. табл. 1).
Как видно из приведенных в табл. 1 данных, мак¬
симальным уплотняющим эффектом обладают раст¬
воры полиакриламида.
Помимо элктрохимического уплотнения бетона в
постоянном электрическом поле, повышать коррози¬
онную стойкость бетона возможно за счет электро¬
осаждения эмульсий на поверхность конструкций с
пропиткой пористой подложки. Был исследован про¬
цесс электроосаждения дисперсии латекса
СКС65ГП, эмульсии ПВАЭ и эмульсии ГКЖ94.
Для исследований использовался адсорбцион-
но-насыщенный дивинилстирольный латекс
СКС65ГП, эмульгированный ионогенным эмульгато¬
ром - натриевым мылом, водная 30%-ная эмульсия
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
ГКЖ94, эмульгированная желатином, и эмульсия
ПВАЭ с различной концентрацией дисперсной фазы.
В процессе исследований определяли электро¬
форетическую подвижность и ^-потенциал частиц
дисперсий, оптимальный состав и интенсивность их
осаждения на поверхность бетона в зависимости от
градиента потенциала внешнего электрического по¬
ля. Строились графики изменения тока в процессе
осаждения и разогрева системы от прохождения пос¬
тоянного электрического тока. Определены опти¬
мальные режимы осаждения дисперсий и их составы.
На основании проведенных исследований были
сделаны следующие основные выводы:
1. Синтетические латексы типа СКС65ГП, эмуль¬
гированные ионогенными эмульгаторами и обладаю¬
щие электрокинетической активностью, могут быть
нанесены на поверхность бетона методом электро¬
осаждения. При этом происходит пропитка пористой
подложки дисперсией латекса на глубину до 16 мм.
2. Применение эмульсий типа ПВАЭ или ГКЖ94
менее эффективно, так как они обладают меньшей
агрегативной устойчивостью и быстро разрушаются
на поверхности бетона с пропиткой пористой под¬
ложки на глубину до 8 мм.
Учитывая, что защитные покрытия, полученные
способом электроосаждения, обладают значитель¬
ной проницаемостью, было предложено использо¬
вать в качестве исходных материалов для изоляции
дисперсии, обладающие после электроосаждения
электрохимически активными свойствами.
Электрохимически активные изоляционные пок¬
рытия бетона возможно наносить и традиционными
механическими способами. Кроме ионитовых пленок
на избирательную проницаемость были испытаны
также тонкодисперсные грунты (глины).
Электрохимически активные (ионитовые) изоля¬
ционные покрытия, помимо стойкости к физико-хи¬
мическим и биологическим агентам среды, должны
удовлетворять двум основным условиям:
1. Коэффициент падения внешнего давления Кр в
пределах слоя изоляции должен быть близок к 1, т.е.
Kp = Pk/P^ 1, (1)
где Рк - потери внешнего давления в пределах слоя изоляции
Рк = Ре + Р + Рс ± Рос , (2)
где Ре - падение давления за счет тормозящего действия двойно¬
го электрического слоя на гомогенную фазу поровой жидкости;
Р - падение давления вследствие неэквивалентности поверхност¬
ных зарядов контактирующих капилляров; Рс - падение давления
29
Таблица 2
Электрокинетические параметры образцов
Диафрагмы,
мембраны
*
8
со
2
о
о
-*Г
4, мВ
Числа переноса
nk
"Cl
"Na
"S04
Диафрагмы:
бетонные
глиняные
глиняные с добавкой
КУ-2-8
1,55
1,20
2,00
0,90
0,95
0,99
+12
-25
-55
0,51
0,62
0,81
0,49
0,38
0,19
0,40
0,50
0,75
0,60
0,50
0,25
Мембраны латексные:
без ионитовых
добавок
катеонитовые с
добавкой КУ-2-8
анионитовые с
добавкой АВ-17-8
0,20
0,20
0,95
0,99
0,99
-32
-77
+50
0,68
0,98
0,03
0,32
0,02
0,97
0,60
0,99
0,02
0,40
0,01
0,98
из-за несовершенства перекрытия входных сечений капилляров и
их извилистости; Рос - осмотическое давление (при концентраци¬
онном градиенте, не равном нулю). Температурный градиент сис¬
темы принимается равным нулю.
2. Слой изоляции должен обладать избиратель¬
ной проницаемостью по отношению к агрессивным
ионам.
Исследование членов уравнения (2) показали,
что этим условиям отвечают изоляционные покры¬
тия, имеющие однородную, тонкопористую структуру
с радиусом пор г < 105 см, обладающие высокой
электрокинетической активностью {£, > 30 мВ).
Диффузионную проницаемость электрохимичес¬
ки активных изоляционных покрытий исследовали на
ионитовых мембранах и диафрагмах (фрагментах
изоляции) на приборе (см. рис.1).
Селективность мембран и диафрагм оценивали
по изменению чисел переноса ионов.
Числа переноса катионов рассчитывались по
диффузионному потенциалу
Fd
Hk DT v ’ (3)
2*linl£L
F У2С2
где п - число переноса; Ej - диффузионный потенциал; R - газо¬
вая постоянная; Т- абсолютная температура; С\, - концентра¬
ция электролита в ячейках прибора; ft, у2 - коэффициенты актив¬
ности электролита, соответствующие С\, С2-
Числа переноса анионов через мембраны к ди¬
афрагме определялись из соотношения па + пк= 1.
Результаты исследований сведены в табл. 2.
Ионитовые мембраны и диафрагмы готовились
на основе латекса СКС65ГП и глин с добавками дис¬
персии стиролдивинилбензольного катионита марки
КУ-2-8 и анионита марки АВ-17-8. Была исследована
избирательная проницаемость мембран и диафрагм
в зависимости от дозировки добавок ионитов и кон¬
центрации электролита в растворе.
На основании проведенных исследований сдела¬
ны следующие выводы:
- минимальной диффузионной проницаемостью
обладают пленки латекса, активированные добавка¬
ми дисперсий ионитов в количестве 2-5% от массы
исходного латекса;
- электрохимически активная пленочная изоляция
эффективно работает при концентрации электролита
в омывающем растворе С0 < 0,1 моль/л и внешнем
гидростатическом давлении Pq< 10 м вод.ст.
С. И. РОЩИНА, д-р техн. наук, И.И. ШИ ШОВ, канд. техн. наук,
Е.Н. КАПЦОВА, магистрант, ХИШАМ ЭЗЗИ, аспирант (Владимирский
государственный ун-т)
ПОКРЫТИЕ ЗДАНИЯ НА СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ СТРОПИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
Одноэтажные производственные здания приме¬
няются во многих отраслях промышленности. Пок¬
рытия для них выполняются обычно из линейных
элементов: ребристых плит, работающих по балоч¬
ной схеме, и стропильных конструкций в виде двус¬
катных балок, ферм или арок. Балки применяются
при пролетах до 18 м, арки применяются нечасто из-
за большой трудоемкости изготовления и монтажа.
Фермы, раскосные сегментные или безраскосные,
имеют большую высоту в пролете и также трудоемки
при транспортировании и на монтаже. Плиты опира¬
ются на них сверху, что еще больше увеличивает вы¬
соту покрытия. В расчете стропильной конструкции
совместность ее деформирования с плитами не учи¬
тывается. Представляется актуальным уменьшить
30
высоту стропильной конструкции и повысить ее эф¬
фективность включением в ее работу части ребрис¬
тых плит: торцевого ребра и части полки.
Предлагается стропильная конструкция в виде ра¬
мы очертания двускатной балки со сборно-монолит¬
ным верхним поясом (рис. 1, а), сборная часть которо¬
го имеет тавровое сечение с полкой внизу (рис. 1, б).
Стойки рамы выполняются в виде перекрестных
стенок, одна из которых сильно вытянута в направ¬
лении ребристых плит, которые крепятся к ней свар¬
кой закладных металлических частей в двух точках,
отстоящих одна от другой на 1200 мм. Плита оказы¬
вается трёхпролётной неразрезной, что позволяет
увеличить шаг стропильных конструкций до 18 м.
Конструктивная длина плит несколько уменьшена, и
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
Наименование
конструкции
Расход бетона, м3 /
класс бетона
Расход напрягаемой
арматуры, кг/ класс армат
Расход ненапрягаемой
арматуры, кг/ класс армат.
Высота покрытия в
середине пролета, м
Ферма сегментная
ФС 24-7/8НП
8,91/ М500
552/ П-7
778/ A-III
3,75
Ферма безраскосная
ФБ 24У-12П
10,9/ М400
798/ П-7
625/ A-III
3,75
Предлагаемая стропильная
рама РСК 24-18
6,67/ В45
548/ К-19
417/ А500
2,65
Плиты 3x18 м на один шаг
поперечных рам
35,5/ В45
384/ Вр-1400
773/ А500
Типовые плиты 3x12 м с
приведением к шагу колонн 18 м
35,5/ М400
822/ Вр-И
564/ A-III
Рис. 1. Сборная часть стропильной конструкции
а - опалубочный чертеж; 6 - поперечное сечение
располагаются они так, что их верхняя грань выше
верха сборной части рамы на 150 мм. Между торца¬
ми плит образуется замкнутое пространство, куда ук¬
ладывается бетон монолитной части, образующий
по верхнему поясу стропильной конструкции верх¬
нюю полку и объединяющий с ней ребристые плиты.
Соединение монолитного бетона со сборным обес¬
печивается силами сцепления и выпусками армату¬
ры. В сечение верхнего пояса стропильной конструк¬
ции включаются торцевые ребра плит, что и позволя¬
ет уменьшить высоту рамы.
Для примера выполнен расчет по предельным
состояниям первой и второй групп стропильной
конструкции пролетом 24 м и ребристой плиты покры¬
тия при шаге поперечных рам 18 м для третьего сне¬
гового района. Поперечное сечение плиты взято, как
для типовой плиты размером 3x12 м [1], но в прио-
порных зонах, где действуют отрицательные момен¬
ты, высота продольных ребер увеличена до 600 мм
(рис. 2).
Принят бетон класса В45; напрягаемая арматура
для стропильной конструкции - К-19 диаметром
(’ ')
Рис. 2.Ребристая плита перекрытия
а - приопорная зона; б - поперечное сечение
14 мм, для плиты - Вр-1400 диаметром 5 мм; ненап-
рягаемая арматура - А500. Расчеты показывают вы¬
сокую трещиностойкость и жесткость конструкций.
Стропильная рама работает без трещин, плита
имеет небольшой протяженности участок с нормаль¬
ными трещинами в середине пролета с максималь¬
ным раскрытием менее 0,1 мм. Вертикальные пере¬
мещения существенно меньше предельно допусти¬
мых [2]. Технико-экономическое сравнение получен¬
ного решения с типовым на основе стропильных
ферм и ребристых плит с приведением расхода ма¬
териалов к шагу поперечных рам 18 м приводится в
таблице.
Вывод
Разработана новая стропильная конструкция в
виде рамы с переменными по высоте стойками со
сборно-монолитным верхним поясом, позволяю¬
щим включить в работу конструкции часть плит пок¬
рытия. Предложена ребристая плита с переменной
высотой продольных ребер и способ ее опирания,
позволяющий увеличить шаг поперечных рам зда¬
ния до 18 м.
Библиографический список
1. Справочник проектировщика. Типовые железобетонные
конструкции зданий и сооружений для промышленного строитель¬
ства. Под ред. Г.И. Бердичевского. М.: Стройиздат, 1974. - 398 с.
2. СП 20.13330. 2011. Нагрузки и воздействия.
Бетон и железобетон. - 2013. - №3
31
ПЕРЕЧЕНЬ
международных мероприятий по бетону и железобетону в 2013-2014 гг.
№
пп
Название
Место и
сроки
проведения
Адрес в интернете
1.
I Международный конгресс по устойчивому
(экологически безопасному) развитию
железобетона
Токио
27-29.05.2013
www.jci-iccs13.jp
2.
11-й Международный симпозиум по фибробетону
Португалия
26-28.06.2013
www.frpcsl 1 .unimbo.pt
3.
3-й Международный семинар по огнестойкости
бетона
Париж
25-27.09.2013
www.firespalling2013.fr
4.
Международный симпозиум по
высококачественному фибробетону
Марсель
01-03.10.2013
www.afgc.asso.fr
5.
Конференция по инновациям в железобетоне
Осло
11-13.06.2014
www.cic2014.com
6.
10-я Международная конференция по утилизации
высокопрочного бетона
15-18.09.2014
www.hpc.2014.com
7.
4-й Международный конгресс и выставка fib по
железобетону
Мумбай
10-14.02.2014
www.fibcongress2014mumbai.co
m
8.
Международный симпозиум по
самозалечивающимся строительным материалам
Гент
16-20.06.2013
www.icshm2013ugent.be
9.
7-я Международная конференция по
самоуплотняющимся бетонам
Париж
02-04.09.2013
www.rilem.net
10.
7-я Международная конференция по бетонам в
суровых условиях эксплуатации
Нанкин
23-25.09.2013
www.consecl З.сот
11.
3-я Международная конференция по бетонам в
жарком климате
Дубай
11-12.12.2013
www.rilem.net
12.
5-я Международная конференция по ремонту
железобетона
Белфаст
01-05.09.2014
www.concrete-solution.info
Редакционная коллегия: Ю.М. Баженов, В.М. Бондаренко, Ю.С. Волков,
В.В. Гранев, А.И. Звездов (главный редактор), Ю.П. Назаров,
В.А. Рахманов, А.С. Семченков, А.Г. Тамразян, В.Р. Фаликман,
Ю.Г. Хаютин, А.А. Шлыков (зам. главного редактора)
Подписано в печать 28.05.13. Формат 60x88 1/8. Печать офсетная. Бумага офсетная No 1
Усл.печ.л. 4,0. Тираж 930 экз. Заказ №
Адрес для писем:
111672, Москва, ул. Новокосинская, д. 14, корп. 2, кв. 172
E-mail:magbeton@rambler.ru http ://www.cstroy. ru/ki ndwork/izdat/beton
Тел. (495) 703-9762
Отпечатано в ООО вФирма "ФИЛОМАТ
109033, Москва, Волочаевская ул., д. 40
Бетон и железобетон. - 2013. - №3