ВОЗМОЖНОСТИ УСИЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Несмотря на широкое применение железобетонных конструкций в современном промышленном и гражданском строительстве, множество примеров из практики убеждает нас, что под влияние неблагоприятных условий окружающей среды, чрезвычайных ситуациях техногенного характера в процессе постройки и дальнейшей эксплуатации зданий и конструкции из железобетона (особенно это относится к высотным сооружениям) происходят разрушения, иногда необратимые. Подобные ситуации во многих случаях обусловлены просчетами в проектировании и строительстве, недоучетом возможного напряженного состояния в процессе эксплуатации зданий и сооружений. Можно согласиться с точкой зрения Л. А. Аветесяна в том, что : «расчет конструкций при разных сочетаниях нагружений должен проводиться с учетом прочностных и деформативных характеристик материалов» [1, с. 2].

Проблемы оценки влияния вида напряжения на состояние бетон с косвенным армированием входили в круг исследовательских интересов: О.В. Кабанцева и А.Г. Тамразяна [2], В.И. Колчунова и С.Ю. Савина [3]. Результаты исследований поведения бетона с косвенным армированием в условиях сложных напряженных состояний и его деформативно-прочностные характеристики в процессе динамического нагружения приведены в работе А.Г. Тамразяна и Д.С. Попова [6].

Невзирая на значительный массив исследований теоретического и экспериментального характера, в центре которых находились вопросы статической работы элементов железобетонных конструкций под воздействием различных неблагоприятных факторов окружающей среды, именно проблемы воздействия динамического нагружения на сжатые элементы железобетонных конструкций изучены недостаточно. Это обуславливает актуальность исследования возможностей увеличения прочностных и деформативных характеристик железобетонных конструкций в условиях напряженного состояния.

Методы усиления железобетонных конструкций должны удовлетворять требованиям технологичности и экономичности. При проектировании усиливаемых конструкций следует исходить из необходимости выполнения работ без остановки, либо с кратковременной остановкой производства, с учетом агрессивности внешней среды, степени огнестойкости помещений.

При проектировании усиления железобетонных конструкций необходимо обеспечить включение в работу элементов усиления в совместную работу с усиливаемой конструкцией. В тех случаях, когда усиление предусматривается производить после разгрузки усиливаемой конструкции, загружение следует производить после достижения бетоном усиления проектной прочности. На схеме рисунка 1 представлены наиболее распространенные методы усиления железобетонных конструкций (ЖК) в условиях напряженного состояния.

Рисунок 1 – Методы усиления железобетонных конструкций в условиях напряженного состояния

Рядом исследований [3; 5] доказано, что разрушение железобетонных конструкций, наступившее в результате достижения предела их устойчивости под воздействием напряженного состояния: снижение прочности бетона в результате его нагрева до предельных показателей, тепловое расширение и температурная ползучесть элементов каркаса, трещины либо сквозные отверстия, возникающие в сечениях железобетонных конструкций, утрата теплоизоляции. При этом определено, что наиболее уязвимы к воздействию огня  -  изгибаемые железобетонные конструкции.

Увеличение пределов прочности сооружений в условиях напряженного состояния достижимо посредством применения следующих мер: целесообразно увеличить защитный слой бетона до 50 – 70 мм; полезно произвести облицовку железобетонных элементов огнеупорными материалами; разумно снизить степень механической нагрузки на железобетонную конструкцию.

Особое значение система мер по повышению прочности железобетонных конструкций в условиях напряженного состояния имеет в высотном строительстве при проектировании и эксплуатации разновидностей сталебетонных колонн. Это объясняется ограниченностью несущей способности наружных металлических составляющих конструкций подобного типа в условиях напряжения, например, при прямом воздействии огня, при котором устойчивость может быть исчерпана е при достижении температуры нагрева около 500 °С, что по времени соответствует 10-12 мин с момента непосредственного огневого воздействия [5].

Экспериментальным путем был доказан более высокий предел прочности в случае потери несущей способности железобетонных балок и колонн, имеющих в основе жесткое расположенное в середине сечения армирование, в противовес балкам и колоннам со стержневой арматурой, расположенной близко к поверхности подлежащей напряжению.

В целях снижения возможной деформации железобетонных конструкций в напряженном состоянии при проектировании балок следует учитывать порядок уровня расположения арматуры разного диаметра.

Под руководством А.Ф. Милованова [2] был проведен цикл экспериментальных исследований, результатом которых стала разработка  аналитических методов оценки огнестойкости, деформативности, остаточной прочности железобетонных колон после огневого воздействия. Группой ученых была доказана взаимосвязь состояния сжатых железобетонных колонн разной конструкции и состава при кратковременном воздействии предельных температур в ситуации пожара со схемой нагрева, видами заполнения и степенью прочности бетона на сжатии, размерами поперечного сечения железобетонных элементов, коэффициентом армирования бетона, толщиной защитного слоя элементов железобетонной конструкции и пр.

 Экспериментальным способом было установлено существенное изменение прочности бетона по сечению колонны в процессе нагрева в результате перепада температур, при этом неравномерностью нагрева было вызвано значительное перераспределение напряжения по сечению железобетонного элемента. По достижению пределов сопротивления на сжатие в центре сечения железобетонной колонны (в месте наименьшего прогрева бетонных слоев) происходило разрушения элемента железобетонной конструкции.

 Таким образом, проведенный обзор теоретических и экспериментальных исследований по оценке возможностей усиления элементов железобетонных конструкций в условиях напряженного состояния показал, что, не смотря на ряд полученных концептуальных результатов позволяющих повысить степень безопасности сооружений из железобетона  в критических ситуациях связанных с усилением напряжения, данный вопрос требует дальнейшего углубленного изучения.