УЧЁТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ФАКТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ОПРЕДЕЛЯЕМОЙ МЕТОДОМ ОТРЫВА СО СКАЛЫВАНИЕМ

Козлов А. В.

Кандидат технических наук, доцент, Самарский государственный архитектурно– строительный университет

УЧЁТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ФАКТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ОПРЕДЕЛЯЕМОЙ МЕТОДОМ ОТРЫВА СО СКАЛЫВАНИЕМ

Аннотация

В статье приведен анализ основных проблем определения фактической прочности бетона методом отрыва со скалыванием, связанных с особенностями напряженно-деформированного состояния сборных и монолитных железобетонных конструкций. Показаны сложности определения «фактической» прочности бетона в зависимости от уровня загружения контролируемой железобетонной конструкции и, как следствие, величины сжимающих напряжений, действующих на контролируемом участке конструкции. На основании физической сущности метода отрыва со скалыванием показана его чувствительность к существующим на момент испытания напряжениям в конструкции.

Ключевые слова: бетон, фактическая прочность, неразрушающий контроль.

Kozlov A.V.

PhD in Engineering, Associate professor, Samara State University of Architecture and Civil Engineering

THE GIVEN STRESS-STRAIN STATE OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES WHEN DETERMINING THE ACTUAL CONCRETE STRENGTH DETERMINED BY THE METHOD OF SEPARATION OF CHIPPING

Abstract

The article presents the analysis of the main problems determine the actual concrete strength by method of separation with shearing related to the peculiarities of the stress-strain state of prefabricated and monolithic concrete structures. Shows the complexity of determining the "actual" strength of concrete depending on the level of load cases controlled the design of reinforced concrete and, as a consequence, the magnitude of compressive stress acting on the controlled section of the structure. On the basis of the physical essence of the method of separation of chipping shows its sensitivity to the existing at the time of testing stresses in the structure.

Keywords: concrete, the actual strength, non-destructive testing.

Надежность и эффективность методик определения прочностных характеристик бетона исследуемых сборных и монолитных железобетонных конструкций строительных объектов имеют первостепенное значение в ходе контроля их качества. Эффективное определение прочностных характеристик бетона состоит в контроле его прочности непосредственно в самих конструкциях так называемыми неразрушающими способами. Действующие в настоящее время требования нормативных документов [1-4] обуславливают широкое распространение способов неразрушающего контроля для определения фактических прочностных характеристик бетона сборных и монолитных несущих конструкций. В соответствии с Изменениями №2 к [1] п.11.5.3. прочность бетона в монолитных конструкциях необходимо определять в основном неразрушающими способами, за исключением случаев физической невозможности осуществления такого контроля (отсутствия доступа). Также для соответствующих методов неразрушающего контроля Нормы предписывают обязательное составление градуировочных зависимостей.

На данном этапе методы неразрушающего контроля детально описывают несколько нормативных документов и ГОСТов. Действующие в настоящее время требования Норм признают методику отрыва со скалыванием (или вырыва анкера) одной из базовых и допускают ее использование для составления градуировочных зависимостей при определении фактической прочности бетона методами ударного импульса, ультразвукового, упруго - пластической деформации. Этим объясняется актуальность тематики проводимого исследования.

Сущность метода вырыва анкера в соответствии с [5] заключается в реализации загружения бетона плавной монотонно возрастающей вырывной нагрузкой устроенного в бетоне на определенной заданной глубине анкера характерной формы до отрыва части бетона конструкции или достижения значения предельной (критической) нагрузки. Кубиковую прочность бетона при сжатии определяют по значению усилия вырыва по стандартной переводной зависимости, учитывающей вид как анкера, так и заполнителя.

Однако, получаемая таким образом величина «фактической кубиковой» прочности бетона не является корректной величиной для большинства испытаний реальных железобетонных конструкций. Причиной этого является сильная чувствительность метода отрыва со скалыванием к существующему в момент испытания сжимающему напряжению в бетоне. Усилие вырыва заметно зависит от интенсивности обжатия, что отражено в работе И.В.Вольфа, В.Д.Лихачева [6, 7]. В этом легко убедиться, если с разной силой зажимать в одной руке обычную авторучку, а другой рукой попытаться ее вырвать. Совершенно очевидно, что чем сильнее сжимается авторучка рукой, тем большее усилие нам необходимо приложить, чтобы ее вырвать. Очень грубо, если не учитывать перераспределение усилий в бетоне, такую же картину можно представить и при вырыве анкера из сжатого бетона.

Таким образом, в зависимости от степени обжатия бетона, мы получаем различные значения усилия при вырыве анкера, и, как следствие, различные показания прочности по прибору для одного и того же бетона.  Опасность здесь заключается в том, что прибор в большинстве случаев фиксирует заниженные значения прочности, а величина занижения напрямую зависит от степени нагружения конструкции.

Другая проблема заключается в некорректности градуировочных зависимостей, рассчитанных для остальных методов неразрушающего контроля по результатам испытаний метода отрыва со скалыванием. Следует отметить, что в современных действующих нормах, касающихся определения прочности бетона указанный недостаток метода отрыва со скалыванием очень слабо акцентирован, как правило, одной фразой типа «при испытании методом отрыва со скалыванием участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры». Однако каких-либо рекомендаций, как интерпретировать результаты рассматриваемого метода, например, для бетона одинакового класса, но на разных по высоте участках колонны (т.е. с разной степенью сжатия бетона), как правило, не приведено.

В более ранних рекомендациях конца 70-х годов 20-го века [5] указанная проблема влияния существующего обжатия бетона при определении его кубиковой прочности методом отрыва со скалыванием четко обозначена и в приложении 6 [5] приводится экспериментальная зависимость для корректировки значений прочности по прибору в зависимости от существующего напряжения сжатия в бетоне.

При использовании методики [5] для определения «истинной кубиковой» прочности бетона методом вырыва анкера возникают дополнительные задачи, связанные с определением существующего сжимающего напряжения в бетоне на момент испытания. Это крайне важный момент при постановке задач обследования. В случае, когда перед экспертом поставлена задача определения только прочности бетона по показаниям прибора (фактически, снятие показаний прибора) конструкций объекта исследования, например, для проверки на соответствие проектным величинам, то предоставленные данные по прочности следует оценивать уже проектировщикам с учетом определенных ими усилий в конструкции. Но поскольку современные здания и сооружения имеют весьма сложную расчетную схему, то и определение существующих сжимающих напряжений в бетоне потребует создания объемной конечно – элементной модели объекта совместно с основанием.

Этот момент необходимо учитывать и экспертным организациям при проведении комплексных обследований и мониторинга технического состояния зданий и сооружений. Требования современных норм по обследованию зданий и сооружений в плане определения прочностных характеристик материалов (бетона) несущих конструкций, фактически ведут к необходимости полного расчета Объекта обследования, что, естественно требует иных ресурсов от экспертной организации.

Автором в настоящее время ведутся обширные теоретические и экспериментальные исследования по определению влияния напряженно-деформированного состояния конструкций на величину фактической прочности бетона определяемой методом отрыва со скалыванием.

Литература

1. СП 63.13330.2012 "Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения"
2. ГОСТ Р 53778-2010. “Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния"
3. Стандарт ОАО РАО «ЕЭС России» 17230282.27.010.001-2007 «Здания и сооружения объектов энергетики. Методика оценки технического состояния» - Челябинск, 2007 г.
4. РД 153-34.2-21.545-2003 «Правила проведения натурных наблюдений за работой бетонных плотин» – ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», Санкт-Петербург, 2003 г.
5. Руководство по определению и оценке прочности бетона в конструкциях зданий и сооружений. / НИИ Строительных конструкций ГОССТРОЯ СССР, НИИ бетона и железобетона СССР. – М.: Стройиздат, 1979 г.
6. Вольф И.В., Лихачев В.Д. Инструкция по определению прочности бетона в конструкциях путем комплексных испытаний на отрыв, скалывание и твердость.// Донецкий Промстройниипроект, - Донецк, 1964.
7. Лихачев В.Д., Хомутченко С.Я., Комаровский П.А. Определение прочности бетона в конструкциях методом вырывания стержней. // Бетон и железобетон. 1973, №10.

References

1. SP 63.13330.2012 "concrete and reinforced Concrete structures. The main provisions.
2. GOST R 53778-2010. “Buildings and facilities. Rules of examination and monitoring of technical condition"
3. The standard of OAO RAO "UES of Russia" 17230282.27.010.001-2007 "Buildings and constructions of energy facilities. The method of estimation of technical condition" - Chelyabinsk, 2007.
4. RD 153-34.2-21.545-2003 Rules for conducting field observations of job concrete dams" – JSC "VNIIG im. B. E. Vedeneeva", Saint-Petersburg, 2003.
5. Guidance on the definition and assessment of concrete strength in buildings and structures. / Research Institute of Building constructions of GOSSTROY of the USSR, research Institute of concrete and reinforced concrete of the USSR. – M.: Stroyizdat, 1979.
6. Wolf I. V., Likhachev V. D. instructions for determining concrete strength in structures by comprehensive tests at the detachment, shear and hardness.// Donetsk PromstroyNIIproekt, Donetsk, 1964.
7. Likhachev, V. D., Khomutenko S. J., Komorowski, P. A. Determination of concrete strength in structures by the method of pull-out rods. // Concrete and reinforced concrete. 1973, No. 10.