РАЗДЕЛ 2
Методика исследований двухпролетных железобетонных балок
2.1. Направленность и обоснование принятых методов исследований
В статически неопределимых железобетонных конструкциях при длительном
воздействии агрессивной внешней среды изменяются физико-механические свойства
бетона и арматуры, что оказывает существенное влияние на
напряженно-деформированное состояние конструкций.
В данной работе двухпролетные балки приняты из-за возможности проведения
относительно не трудоемких исследований балок – моделей статически
неопределимых конструкций при кратко-временном нагружении.
Экспериментальные исследования двухпролетных балок при кратковременном
нагружении без воздействия агрессивной среды проведены с целью применения
методики статического расчета таких балок к расчету с учетом длительного
воздействия агрессивных сульфатных растворов.
Агрессивные сульфатные водные растворы 5% процентной концентрации приняты в
настоящих исследованиях как модельная среда, воздействие которой на бетон
наиболее изучено [45,85,90,113].
Данные исследования проведены в двух направлениях:
экспериментально-теоретические исследования напряженно-деформированного
состояния (НДС) двухпролетных железобетонных балок при кратковременном
нагружении при нормальной неагрессивной окружающей среде;
экспериментально-теоретические исследования НДС двух-пролетных железобетонных
балок после 1,5 года трехстороннего воздействия сульфатного раствора, т.е.
после незначительного по длительности трехстороннем воздействии сульфатных
растворов и кратковременном нагружении;
теоретические исследования НДС двухпролетных железо-бетонных балок при
кратковременном нагружении после длительного трехстороннего воздействия
сульфатных растворов.
2.2. Конструкция образцов и их изготовление
Для исследования напряженно-деформированного состояния приняты двухпролетные
железобетонные балки длиной 2300 мм (два пролета длиной между опорами 1000 мм)
прямоугольного поперечного профиля с размерами bґh=60ґ100 мм. Размеры
поперечного сечения балок приняты из условий более ускоренного проявления
результатов длительных коррозионных процессов в бетоне сжатой зоны. Чтобы
исключить разрушение балок по наклонному сечению, расчетная поперечная арматура
принята с учетом увеличения ее на 30%. Армирование балок и прочность бетона
приняты таким образом, чтобы иметь различный процент армирования в опорном и
пролетных сечениях (рис.2.1, табл. 2.1). Продольная рабочая арматура в пролетах
и над средними опорами принята из стали класса А-III диаметром 10 мм и класса
А-I диаметром 6 мм, для поперечных стержней принята холоднотянутая проволока
класса Вр-I диаметром 3 мм.
Рис. 2.1. Армирование опытных балок: поз. 1,2,3 и 4 см. табл. 2.1.
Таблица 2.1
Армирование балок
Диаметр (мм), количество и класс арматуры
Группа
Позиция стержней на рис. 2.1
4
2Ш6 А – I м=0,011
2Ш3 Bp – I мґ=0,003
2Ш10 А – III м=0,031
2Ш3 Bp – I
2Ш10 А – III м=0,031
2Ш6 А – I м=0,011
2Ш6 А – I м=0,011
2Ш6 А – I м=0,011
Изготовление опытных балок производилось в лабораторных условиях. Балки
бетонировали в деревянной опалубке кассетного типа (рис. 2.2), одновременно
бетонировались кубики с ребрами 100 мм для определения прочности бетона на
сжатие. Расчетные величины Rb, Rbt, Eb определялись по известным зависимостям
от величины кубиковой прочности [12]. При установке каркасов в опалубку к
продольной арматуре для замера деформаций приваривались приспособления для
крепления индикаторов и прогибомеров.
Балки бетонировались составами №1 и №2, соответственно, 1:2,7:0,5 и 1:2,6:0,8
(песок+щебень+цемент). Водоцементное отношение составов, соответственно, 0,75 и
0,45.
Распалубку образцов производили на седьмой день после бетонирования. Балки в
течение 28 суток выдерживались в нормальных температурно-влажностных условиях.
Рис. 2.2. Опалубка для опытных балок.
После выдержки верхние поверхности балок, которые должны помещаться в воду и
водный раствор сульфата натрия, наносили изоляционный слой, т.е. при выдержке
создавалось трехстороннее воздействие среды на балку. После этого балки
помещали в ванны с водой и с 5% водный раствор сульфата натрия (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Ванна для выдержки опытных образцов в воде и водном
растворе сульфата натрия.
По условиям контакта со средой балки разделены на три группы: воздействие воды
и растворов сульфата натрия к боковым и нижней поверхностям, и балки, которые
не подвержены воздействию агрессивной среды (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Характеристика образцов
Марка балки
№ состава бетона
№ схема
армирования
Ширин,
b (мм)
Высота,h (мм)
h0,np ,мм
h0,оn ,мм
Б-1-Р-1
63
103
88
93
Б-2-Р-1
61
105
90
95
Б-1-Р-2
64
101
91
86
Б-2-Р-2
68
107
92
97
Б-1-Р-3
61
102
87
87
Б-2-Р-3
63
104
89
89
Б-1-В-2
62
105
95
94
Б-2-Н-3
63
107
97
92
h0,np, h0,оn – Рабочая высота, соответственно, в пролетном и опорном сечении.
Экспериментальные исследования были выполнены на трех балках Б-1-Р-2, Б-2-В-2,
Б-2-Н-3. Теоретические исследования с учетом длительного воздействия раствора
сульфата натрия и воды были выполнены для всех балок.
Балки имеют следующие обозначения: Первый индекс «Б» – обозначает «балка»,
второй «1 или 2» – номер состава бетона, третий индекс обозначает среду
выдержки образцов «Р» – водный раствор сульфата натрия, «В» – вода, «Н» –
нормальное