Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих данных о совместной работе ПКА с цементным бетоном 13
1.1 Краткое описание ПКА и опыта ее применения 13
1.2 Роль сцепления арматуры с бетоном как главного фактора их совместной работы в конструкциях 28
1.3 Учет сцепления арматуры с бетоном в нормативной документации 38
1.4 Выводы по главе 1 43
1.5 Цель и задачи работы 44
Глава 2. Объекты и методы исследований 46
2.1. Характеристика объектов исследования 46
2.2. Методика проведения испытаний на осевое растяжение образцов ПКА 48
2.3. Методика проведения испытаний по определению величины сцепления ПКА с бетоном 50
2.4. Методика исследования влияния удельной поверхности ПКА на жесткость изгибаемых бетонных элементов 59
Глава 3. Влияние агрессивных сред и прочности бетона на сцепление ПКА с цементным бетоном 61
3.1 Механические свойства арматуры 62
3.2 Испытание образцов на вырыв из цементного бетона 66
3.2.1. Испытание образцов в нормальных условиях 66
3.2.2. Влияние агрессивных сред на сцепление ПКА с бетоном 74
3.2.3. Влияние прочности бетона на его сцепление с ПКА 90
3.3 Анализ результатов исследований на вырыв образцов из бетона 101
Глава 4. Исследование влияния удельной поверхности ПКА на жесткость изгибаемых бетонных элементов 126
Глава 5. Разработка практических рекомендаций 136
5.1. Рекомендации по изготовлению ПКА 136
5.2. Рекомендации по изготовлению бетонных конструкций с ПКА 137
5.3. Рекомендации по корректировке методики оценки сцепления 138
5.4. Рекомендации по модифицированию расчетных методик 139
Глава 6. Опытно-промышленные испытания 144
6.1. Дорожные плиты, армированные ПКА 144
6.2. Бетонные перемычки, армированные ПКА 151
Заключение 156
Список использованных источников 159
Приложение 1. 173
Опыт использования полимеркомпозитной арматуры 173
Приложение 2. 186
Акты внедрения и опытно-промышленных испытаний 186
- Роль сцепления арматуры с бетоном как главного фактора их совместной работы в конструкциях
- Методика проведения испытаний по определению величины сцепления ПКА с бетоном
- Анализ результатов исследований на вырыв образцов из бетона
- Рекомендации по модифицированию расчетных методик
Роль сцепления арматуры с бетоном как главного фактора их совместной работы в конструкциях
Как известно [38], сцепление арматуры с бетоном представляет собой сплошную связь по поверхности контакта между арматурой и бетоном.
Сцепление играет «ключевую» роль в обеспечении совместной работы арматуры с бетоном на всех этапах жизненного цикла конструкций. Достаточное сцепление должно обеспечивать передачу усилий от арматуры на бетон или в обратном направлении вплоть до разрушения конструкции, предопределяя работу армированного бетона как конструкционного материала. Кроме того, сцепление обеспечивает перераспределение усилий между арматурой и бетоном в случае развития в последнем пластических деформаций, а также при возникновении и развитии трещин. Благодаря сцеплению в большинстве случаев обеспечивается передача усилий обжатия от напрягаемой арматуры на бетон.
Вместе с развитием железобетона, первоначально исследователями изучалось сцепление гладкой арматуры. Сопротивление сдвигу арматуры объяснялось наличием адгезионных связей и силами трения. Причиной появления последних считали радиальное давление от усадки бетона.
В развитием строительных технологий и появлением профилированной арматуры, сначала А – II, а затем и А – III, имеющих повышенный предел текучести, для использования всего потенциала арматуры потребовалось увеличение ее сцепления с бетоном, что было обеспечено за счет периодического кольцевого профиля на поверхности стержней. При переходе к массовому применению профилированной арматуры первоначальные представления о сцеплении пытались сохранить, введя дополнительно сопротивление за счет «зацепления» выступов арматуры. Однако вскоре выявилась ненадежность адгезионных связей и второстепенная роль трения на участке между выступами. Сцепление профилированной арматуры, таким образом, оказалось обусловленным в основном зацеплением, а значит сопротивлением бетона смятию по малым площадям [39]. Впоследствии кольцевой профиль уступил место более перспективному - серповидному профилю, в котором поперечные выступы сходят на нет и не пересекаются с продольными ребрами. За счет этого ликвидируются концентраторы напряжений в местах пересечения продольных ребер и поперечных выступов, снижается расклинивающее действие профиля на бетон при сохранении сопоставимых с кольцевым профилем параметрах сцепления [40].
В настоящее время объем исследований, посвященных оценке влияния типа поверхностного профиля на сцепление ПКА с бетоном, несоизмеримо мал по сравнению с аналогичными исследованиями для стальной арматуры. Несмотря на пробные изделия, изготовленные в 70-х годах прошлого века, активное использование и, соответственно, испытания ПКА начаты за рубежом в начале 1990-х годов, в нашей стране - с начала 2000-х.
Основная масса исследований, направленных на оценку совместной работы ПКА с бетоном выполнена за рубежом. При этом в качестве основных видов арматуры использовались образцы композитной арматуры со стеклянными и углеродными волокнами, имеющие различные виды поверхностного профиля, которые можно условно разделить на следующие основные группы:
- опесчаненные с вдавленными пазами (винтовыми);
- с вдавленными пазами (винтовыми);
- с пазами, выполненными фрезой (на токарном станке);
- опесчаненные;
- гладкие (реже с наклеенной навивкой).
В ходе испытаний определяют средние напряжения сцепления, вызывающее проскальзывание свободного конца стержня на 0,05;0,10 и 0,25 мм и максимальное напряжения сцепления. В качестве основного параметра, по которому проводится оценка соответствия арматуры ГОСТу, принимаются максимальные величины независимо от значения проскальзывания.
В результате анализа проведенных исследований установлено, что ранее авторами в большинстве исследований оценивалось влияние поверхностного профиля, выпускаемого в основном зарубежными производителями, длины заделки арматуры в бетоне, диаметра арматуры, расположения ее в сечении и других.
Так, в работах [41-59] отмечалось существенное влияние поверхностного профиля на прочность сцепления ПКА с бетоном и характер разрушения при вырыве. Многое авторы отметили наилучшие параметры сцепления у образцов ПКА с развитым профилем: вдавленными или выполненными фрезой пазами, меньшие значения у гладких и с наклеенной навивкой образцов независимо от метода испытаний..
В исследованиях [12, 41 , 60-63], проведенных методом прямого вырыва и балочным методом установлено, что величины сцеплений ПКА увеличиваются с уменьшением диаметра стержней. Высказано предположение о том, что данный эффект вызван нелинейной структурой ПКА и как следствие, неравномерным распределением напряжений в сечении композитных стержней, а также эффектом Пуассона. Dave Ametrano [64] подтвердил наличие тенденции увеличения сцепления при уменьшении диаметра, но установил, что данный эффект снижается при увеличении прочности бетона и «пропадает» в высокопрочных бетонах с прочностью на сжатие более 50 МПа.
Согласно исследованиям [46, 50, 60, 64-67] установлена зависимость величины сцепления от длины анкеровки арматуры в бетоне: независимо от методики испытаний и вида поверхностного профиля при увеличении длины анкеровки величина средних напряжений сцепления снижается. Так, при испытаниях [64] балочным методом образцов ПКА диаметром 15.9 мм, при увеличении зоны контакта ПКА с бетоном с 3d до 7d величина средних касательных напряжений составила 62-83%, а для образцов диаметром 19.1 мм - 68-71% от первоначальных значений. При испытании тех же образцов методом прямого вырыва снижение величины касательных напряжений для образцов диаметром 15.9 мм составило 24%, для образцов 19.1 мм – 31 %. Данный факт объяснен нелинейным распределением касательных напряжений по длине композитной арматуры в зоне контакта с бетоном. Также в ходе испытаний установлено, что величины средних касательных напряжений не меняются при длине заделки арматуры в бетоне более 20 диаметров.
В [53, 64, 67] отмечено, что прочность бетона также влияет на величину сцепления: при увеличении прочности бетона на сжатие, прочность сцепления ПКА возрастает практически прямо пропорционально. При этом, влияние прочности бетона на сцепление ПКА наиболее заметно испытании образцов методом прямого вырыва. При испытании же образцов балочным методом, когда арматура находится с растянутой зоне бетона, влияние прочности бетона на величину касательных напряжений не столь очевидно. Более того, по данным [41], в отличие результатов [64] увеличение прочности сцепления происходит при увеличении прочности бетона лишь до величин 30-40 МПа, после чего прочность бетона роли не играет ввиду разрушения образцов композитной арматуры по поверхностному слою эпоксидного связующего при вырыве.
Ряд авторов [65, 68, 69] сообщают о снижении величины сцепления при снижении толщины защитного слоя. В ходе исследований образцов стеклопластиковой арматуры диаметром 8 мм [65], проведенных балочным методом, на всех этапах испытаний образцы с толщиной защитного слоя бетона 30 мм показывали сцепление на 10-15 % больше чем образцы с величиной защитного слоя бетона 15 мм.
Влияние искусственно смоделированных агрессивных сред на величину сцепления ПКА с бетоном оценивалось рядом авторов [ 60, 70, 71, 72]. В [71] определяли влияние сцепления четырех типов ПКА после выдержки в воде. В ходе испытаний получены противоречивые результаты: после выдержки образцов в воде в течение 90 дней зафиксировано снижение величины сцепления в пределах 0-19% в зависимости от типа профиля ПКА, а после выдержки тех же образцов в воде в течение 90 дней при температуре +600С зафиксировано снижение всего на 2-9%. Термоциклические испытания образцов в водонасыщенном состоянии в диапазоне -20/+600С в течение 30 циклов привели к снижению прочности сцепления всего на 4-17%. Данные исследования противоречат ранее полученным результатам в Механической лаборатории им. проф. Н.А.Белелюбского в г. Ленинграде [76]. В ходе исследований на предмет возможности использования ПКА для армирования тюбингов обделки метро, проведены испытания по определению сцепления ПКА с бетоном методом прямого вырыва. Для испытаний использовался бетон марок М 500, М 600 по прочности. Композитная арматура стеклопластиковая диаметром 5 мм с навивкой. По результатам испытаний установлено, что прочность сцепления «вполне удовлетворительная» и находится в интервале 43-50, 57-58 кг/см2 для бетона марок М500, М 600 соответственно. При этом указано на существенное падение прочности самой арматуры при хранении ее в воздушно-водной среде или в воде в течение месяца и более. Данное обстоятельство обусловлено, вероятно, применением ровинга из нещелочестойкого Е-стекла для изготовления образцов ПКА. Однако авторы [76] не сообщают о состоянии поверхности арматуры в зоне контакта с бетоном при испытании ПКА в воде.
Методика проведения испытаний по определению величины сцепления ПКА с бетоном
Подготовка испытаний
Учитывая количество образцов и факторов, подлежащих оценке, в качестве метода испытаний принят более производительный метод прямого вырыва образцов из бетонных цилиндров.
Для этого предварительно отобранные стержни ПКА нарезались на отрезки длиной по 350 мм. Длина сопряжения образцов с бетоном принималась равной 50 мм, что соответствует 6.25 d и позволяет получить касательные напряжения при вырыве, близкие по значениям средним величинам. Регулирование величины сопряжения ПКА с бетоном выполнялась с помощью тонкой ПВХ трубки, нанизываемой на стержни ПКА перед их укладкой в формы. Для партий образцов, испытываемых на вырыв из бетона марок М 600, М 800 и М 1000, для предотвращения разрушения образцов в захватах, на свободном конце устанавливались дополнительные анкерные муфты - стальные трубки длиной 200 мм, в которые замоноличивали испытуемые стержни эпоксидным компаундом.
Фиксация образцов в вертикальном положении и их центровка относительно опалубочных форм выполнялась с помощью специально изготовленных деревянных упоров (см. рис. 2.2). Заливка бетона выполнялась в полиэтиленовые цилиндрические формы высотой 100 мм и диаметром 110, мм по центру которых вертикально устанавливались испытуемые образцы ПКА как показано на рис. 2.3. Для образцов ПКА № 1 с винтовым стержнем (вдавленной навивкой), ввиду расклинивающего эффекта при вырыве из бетона, для исключения его растрескивания при малых усилиях, бетонирование выполнялось в стальных формах – трубах диаметром 108 мм, высотой 100 мм.
Изготовление бетонной смеси выполнялось в лабораторных условиях с использованием смесительной установки ЛС-ЦБ-10. Укладка готовой бетонной смеси в формы выполнялась послойно 3-4 слоями, с обязательной штыковкой после укладки каждого слоя металлическим стержнем диаметром 16 мм. После уплотнения верхнего слоя поверхность заглаживалась и защищалась от испарения влаги как показано на рис 2.4, 2.5.
Для получения образцов использовался тяжелый бетон класса по прочности на сжатие В 25 (М350), с подвижностью П 3 (за исключением серии испытаний № 7, в которой марка бетона менялась: М250, М 450, М600, М800, М1000.
В качестве вяжущего использовался портландцемент ПЦ 500 Д0-Н бездобавочный нормируемого состава клинкера Вольского и Мордовского цементных заводов по ГОСТ 10178. Мелкий заполнитель – песок фракции менее 5 мм. Крупный заполнитель - щебень фракции 5-20 мм, марки по дробимости М1200. В качестве пластификатора использовался суперпластификатор С-3.
Для испытания образцов на вырыв из бетона марок М800 и М1000 изготавливался высокопрочный песчаный бетон с специально подготовленным и просушенным песком фракций 1,25 до 0; 0,315 до 1,25; фр. 0,315. Гиперпластификатор – Melflux, наполнитель – Микрокремнезём. Для бетона марки М 1000 использовался наполнитель метакаолин. Водо-цементное соотношение - 0,35-0,4.
Условия хранения и набора прочности всех образцов, за исключением 2 и 8 серий приняты естественные при комнатной температуре 22±20С и влажности 60±5%. Набор прочности бетона образцов 2-й серии проводился при температурно-влажностной обработке. Выдержка уложенных в формы образцов 8 серии производилась в камере нормального твердения в течение 30 дней.
Испытание образцов на вырыв проводилось после набора бетоном прочности, соответствующей программе испытаний. Прочность бетона контролировалась по результатам испытаний кубов размером 100х100 мм количеством 3 шт. по ГОСТ 10180-12 [91].
Виды испытаний
В соответствии с программой исследований проведены следующие серии испытаний:
Серия № 1. Испытание контрольных образцов.
Условия твердения бетона – естественные при температуре (+230С) и влажности (60%). Испытание по вырыву образцов из бетонных цилиндров проводилось при комнатной температуре (+230С). Количество испытанных образцов каждой серии – 6 штук.
Серия № 2. Оценка влияния температурно-влажностной обработки на сцепление ПКА с бетоном.
Набор прочности бетона образцов проводился при температурно-влажностной обработке по режиму:
2ч – подъем до температуры 800С
6ч – изотермия при температуре 800С
2ч – остывание до температуры 250С.
Испытание образцов проводилось через 24 ч после ТВО при комнатной температуре (+230С). Количество испытанных образцов каждого типа ПКА – 6 штук. Серия № 3. Оценка влияния температуры на сцепление с бетоном.
Условия набора прочности бетона образцов – комнатные при температуре (+230С) и влажности (60%) в течение 28 суток. Дальнейшие испытания образцов выполнялись в условиях, моделирующих различную температуру эксплуатации:
- после выдержки при температуре -400С в течение 3 часов (условия Севера);
- после нагрева при температуре +400С в течение 3 часов (условия Юга);
- после нагрева при температуре +800С в течение 3 часов (условия производства изделия на ЖБИ);
Охлаждение образцов выполнялось в лабораторной морозильной камере, процесс испытаний образцов происходил поочередно в течение 2-3 минут после выемки их из камеры, благодаря чему снижение температуры в теле бетонного цилиндра было минимальным.
Нагрев образцов выполнялся в лабораторном сушильном шкафу «СНОЛ-20» при температурах +400С, +800С.
После нагрева, образцы укрывались специальным теплоизоляционным покрытием и поочередно испытывались. Количество образцов – по 3 штуки каждого типа.
Серия № 4. Оценка влияния термоциклических колебаний на сцепление с бетоном.
Условия набора прочности бетона образцов – комнатные при температуре (+230С) и влажности (60%) в течение 28 суток. После набора бетоном класса по прочности В 25, образцы попеременно помещались в лабораторную морозильную камеру с температурой -400С и лабораторный сушильный шкаф с температурой изотермии +600С по следующему режиму:
- выдержка в морозильной камере при температуре -400С в течение 3 часов;
- выдержка при комнатной температуре +250С в течение 3 часов;
- нагрев в шкафу при температуре +600С в течение 3 часов;
- выдержка при комнатной температуре +250С в течение 3 часов;
Принятое количество циклов испытаний – 20 и 40. Количество образцов – по 3 штуки каждого типа.
Серия № 5. Оценка влияния выдержки в водной среде.
Условия твердения образцов – комнатные при температуре (+230С) и влажности (60%) в течение 28 суток. После набора бетоном класса по прочности В 25, образцы выдерживались 30-60 циклов по режиму: 1 цикл -образцы насыщались водой в течение 24 ч, после чего образцы хранились в естественных условиях в течение 24 ч. Количество образцов – по 3 штуки каждого типа.
Серия № 6. Оценка влияния щелочной среды
Условия твердения образцов – комнатные при температуре (+230С) и влажности (60%) в течение 28 суток. После набора бетоном класса по прочности В 25, образцы помещались в щелочной раствор согласно ГОСТ 31938-2012. Водный раствор готовили из 8.0г NaOH и 22,4 KOH на 1л дистиллированной воды. Значение рH щелочного раствора контролировали лабораторным рН-метром, удерживая ее в диапазоне рН = 12,6 - 13. Температуру раствора поддерживали (60±3) 0С. Выдержка образцов в щелочном растворе производилась в течение 30 суток.
Кроме того, для оценки степени деструкции поверхности ПКА в щелочах, вместе с основными образцами, в ванну были погружены и образцы ПКА № 4 (опесчаненные) и ПКА № 3 (с навивкой) длиной по 350 мм, не замоноличенные в бетон. Данные образцы выдерживались в щелочном растворе при тех же условиях в течение 30 суток, после чего были забетонированы и набирали прочность в естественных условиях. Количество образцов для испытаний – по 6 штук каждого типа.
Анализ результатов исследований на вырыв образцов из бетона
Анализ результатов исследований контрольных образцов Как известно [38-40, 95-103], сцепление арматуры с бетоном представляет собой непрерывную связь по поверхности контакта между арматурой и бетоном. Силы сцепления вызывают в прилежащем к арматуре бетоне сложное напряженно-деформированное состояние и могут быть сведены к распределенной нагрузке, направленной по оси арматуры, в результате чего величина продольных усилий в арматуре становится переменной по длине стержня. Эта нагрузка в наших экспериментах оценивалась величиной касательных напряжений «», действующих по поверхности контакта. Величины поперечных усилий, оказывающих расклинивающее действие на бетон, в рамках настоящих исследований не изучались.
Ранее установлено [38, 41, 52], что сцепление композитной арматуры с бетоном обеспечивается благодаря одновременному действию трех факторов:
- адгезии (приклеиванию) цементного камня к поверхности ПКА (Fd);
- механическому зацеплению поверхностного рельефа арматуры за бетон (Fb);
- трению (Ff).
На начальном этапе приложения нагрузки работает адгезионная составляющая и механическое зацепление, а после начала проскальзывания (в наших исследованиях, за критерий потери адгезии принято проскальзывание на ненагруженном конце ПКА величиной 0,1 мм) адгезия отсутствует, сопротивление вырыву осуществляется за счет трения и механического зацепления профиля арматуры.
- адгезия (приклеивание) цементного камня к поверхности ПКА (Fd) возникает в период схватывания и твердения бетона и определяется химическими и физическими процессами, которые приводят к возникновению на контактной поверхности «цементный камень – эпоксидный полимер» межмолекулярных (физических) связей [38]. Силы адгезии нарушаются при сравнительно небольших напряжениях сцепления и величинах смещения стержня. Эти связи (физические), как известно, [104] обуславливают более высокую чувствительность самого полимера к температуре и жидким агрессивным средам.
Для численной оценки величины адгезии эпоксидного покрытия проведены испытания на вырыв из бетона класса В 25 специально изготовленных образцов ПКА диаметром 8 мм с гладкой поверхностью, имитирующей отсутствие механического зацепления. Сопротивление вырыву данных образцов на начальном этапе осуществляется только за счет адгезии, после начала проскальзывания – благодаря трению. Параллельно испытаны на вырыв образцы гладкой стальной арматуры диаметром 8 мм, с нанесенным слоем эпоксидного покрытия, а также образцы без дополнительного покрытия.
Результаты испытаний, представленные на рисунке 3.44, свидетельствуют о том, что адгезия (за величину адгезии приняты начальные напряжения сцепления, соответствующие проскальзыванию 0.1мм) эпоксидного покрытия при вырыве образцов из бетона находится в пределах 1.6-2.0 МПа.
Если сопоставлять полученные величины с результатами для контрольных образцов, представленными на рис. 3.13, то можно увидеть, что для типов ПКА с навивкой вклад адгезии составляет 20-22%, для образцов с деформированным профилем – 18-20 %, для образцов с опесчаненным покрытием – 10-12 %, для стальной арматуры – 7-9%, что очевидно отражается на характере вырыва: чем меньше вклад адгезии (в результате более развитого профиля арматуры), тем больший вклад механического зацепления и, соответственно, меньше величина проскальзывания при достижении максимальных величин сцепления.
При вырыве образцов с опесчаненным покрытием разрушение контакта происходило в результате среза цементного камня (ЦК) между зернами песка, либо эпоксидного покрытия вместе с зернами песка. Соответственно, величина вклада механического зацепления для опесчаненной арматуры принимается как минимальное из значений прочности эпоксидного покрытия и ЦК между зернами песка на срез (либо суммой из неравных значений), что приближенно описывается формулами
Как видно из вышеприведенных формул, механическое зацепление для ПКА № 1 и ПКА № 4 с развитым поверхностным профилем и опесчаниванием зависит как от прочности бетона, так и от прочности эпоксидного покрытия на срез. Для типов ПКА № 2 и 3 с навивкой, величина механического зацепления постоянна и зависит только от качества склейки навивки и сердечника, но ввиду низкой прочности склейки навивки к сердечнику величина механического зацепления, вычисляемая по формуле (3.5) мала. Данный вывод подтверждается результатами испытаний [105-107], согласно которым прочность сцепления образцов после удаления навивки практически не менялась.
- трение (Fj) между поверхностью ПКА и бетоном. Ряд авторов [ 51 ] разделяет трение на статическое и динамическое. В наших исследованиях, ввиду малых значений статическое трение мы включаем в величину адгезии и учитываем только динамическое трение скольжения, наступающее после потери адгезионной составляющей в момент начала проскальзывания образцов в бетоне.
При этом стоит отметить, что при трении нормальное давление на стержень при взаимном сдвиге постоянно, в отличие от механического зацепления, при котором нормальные напряжения от возникающего распора являются величиной переменной, зависящей от типа профиля.
Напряжение сцепления «» определяется как сумма трех вышеуказанных факторов:
Fp = Fd + Fb + Ff (3.7)
Соответственно, изменения значений касательных напряжений, установленные в ходе испытаний, объясняются изменением одного из значений Fd, Fb, Ff .
Обобщая вышесказанное, вклад каждого из факторов на всех этапах работы при вырыве образцов ПКА из бетона можно описать графиками, приведенными на рис. 3.49, 3.50.
Рекомендации по модифицированию расчетных методик
Как было отмечено выше, в настоящий момент параметры сцепления арматуры с бетоном учитываются нормами проектирования при расчете длины анкеровки, ширины и расстояния между трещинами.
Учет поверхностного профиля при расчете величины анкеровки Расчет длины анкеровки арматуры в бетоне согласно СП 63.13330.2012 и СП 295.1325800.2017 выполняется по следующей формуле:
Для ПКА согласно приложения Л к [30], значения коэффициентов rji, rj2 принимаются равными 1.5 и 1 независимо от типа поверхности ПКА, и ее диаметра.
Для оценки сходимости расчетных значений с экспериментальными выполнено сопоставление вычисленных величин с результатами проведенных экспериментальных исследований контрольных образцов, проведенных методом прямого вырыва из бетона классов В 15, В 25, В 35, В 45, В 60, В 80. За экспериментальную величину сцепления принимается значение то.і в момент проскальзывания свободного конца стержня на 0.1 мм.
Сходимость расчетных значений с полученными экспериментально оценивалась введением безразмерного коэффициента К = Rbond / to.i , показывающего величину запаса, принимаемую в расчетах.
Вычисленные по формуле (5.2) значения расчетного сопротивления сцепления полимеркомпозитной арматуры с бетоном Rbond,, приведены в табл. 5.1.
Как видно из таблицы 5.1. для разных типов арматуры величина коэффициента К различна и возрастает с увеличением класса бетона. Так, для стальной арматуры значение К находится в интервале от 0,117 до 0,195. Наиболее близкие по значению К величины 0,148-0,225 у типа ПКА № 1 со вдавленной навивкой, что свидетельствует о сопоставимых величинах запаса, заложенных действующими расчетными методиками у типа ПКА № 1 в сравнении со стальной арматурой, корректировка коэффициентов, учитывающих тип профиля не требуется. У типов ПКА № 2 и № 3 величины коэффициентов К находятся в диапазонах 0,167-0,293 и 0,221-0,272 соответственно, что на 42-52% выше значений К для стальной арматуры при любой прочности бетона. Данное обстоятельство свидетельствует о завышенных расчетных значениях Rbond относительно стальной арматуры и необходимости их корректировки в меньшую сторону. Для ПКА № 4 с опесчаненным покрытием значения К находятся в пределах 0,083 - 0,129, что существенно ниже значений К стальной арматуры на всех прочностях бетона. Это свидетельствует о завышенных запасах при расчете Rbond и необходимости корректировки коэффициента rji в большую сторону.
При анализе вышесказанного можно констатировать, что для обеспечения сопоставимых со стальной арматурой запасов и более адекватного определения расчетного сопротивления сцепления Rbond ПКА с бетоном, в формуле (5.2) значения коэффициента rji, учитывающего влияние вида поверхности арматуры необходимо дифференцировать следующим образом:
- для типа арматуры с деформированным профилем rji принять равным 1,5;
- для типа арматуры с навивкой, наклеенной на основной стержень, а также гладкой арматуры rji принять равным 1,0 (значение коэффициента К будет в диапазоне 0,111-0,196);
- для типа арматуры с опесчаненым покрытием rji принять равным 2,0 (значение коэффициента К будет в диапазоне 0,11-0,172).
Учет прочности бетона при расчете величины анкеровки Учитывая результаты проведенных экспериментальных исследований и полученные данные об отсутствии роста прочности Rbond после достижения бетоном прочности 46,7 - 59,2 МПа, в выражении (5.2) предлагается ограничить учет Rbt для всех типов полимеркомпозитной арматуры. Максимальное значение прочности бетона, после которого увеличение прочности сцепления отсутствует, целесообразно принять В 45. При значении прочности бетона более В 45 величина Rbt, не меняется.
Учет поверхностного профиля ПКА при расчете ширины раскрытия трещин.
По действующим методикам СП 63.13330.2012 и СП 295.1325800.2017, определение ширины раскрытия нормальных трещин а сгс выполняется по формуле:
Для ПКА согласно приложению Л [30], значение коэффициента q)2 принимают равным 0.7 - для арматуры периодического профиля; 1,2 - для гладкой арматуры.
Данные значения, как указано выше, и было подтверждено экспериментальными исследованиями, некорректно характеризуют различные типы ПКА и не отражают их реальные особенности при вырыве из бетона. Предлагается откорректировать значения коэффициента q)2 следующим образом:
- для типа арматуры с деформированным профилем и с опесчаненным покрытием значения коэффициента q)2 принять равным 0,7;
- для типа арматуры с навивкой, наклеенной на основной стержень, а также гладкой арматуры значения коэффициента q)2 принять равным 1,2.
Следует отметить, что предметом изучения в настоящей работе было сцепление ПКА с бетоном, соответственно, приведенные выше рекомендации касаются только тех аспектов, которые связаны с этим явлением. Однако, кроме уже приведенных рекомендаций, учитывая результаты проведенных исследований, требуют дальнейшего изучения и корректировки расчетные методики:
- непосредственно методика определения ширины раскрытия трещин, принята от стальной арматуры без корректировок, при том, что учитывая модуль упругости ПКА, а также неравномерные распределения касательных напряжений будут существенным образом менять характер трещинообразования изгибаемых бетонных конструкций с ПКА. Требуется дальнейшее изучение и корректировка параметров ц/8 Is непосредственно характеризующих распределение напряжений и расстояние между трещинами;
- в результате испытания изгибаемых бетонных балок с ПКА неоднократно фиксировалось разрушение балок по наклонным сечениям ранее, чем по нормальным, без имеющихся на то расчетных предпосылок, что фиксировалось и у других авторов [114-116]. В связи с этим действующие методики СП 63.13330.2012 и СП 295.1325800.2017 по расчету по наклонным сечениям бетонных конструкций с ПКА также требуют уточнения в части ограничения развития ширины раскрытия трещин, более точного определения высоты сжатой зоны бетона и прочих.