ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Влияние конструкции анкеров на прочность и жесткость заделки металлических закладных деталей в бетоне

В большинстве случаев ребра жесткости закладной детали монолитно заделываются в бетон. В качестве анкерных креплений наиболее целесообразно применять стержневую арматуру перио­дического профиля.

Поскольку крупные закладные детали большей частью отли­ваются из чугуна, то стержневые анкера возможно соединять с этими деталями путем заливки их в чугун, например в ребра. В этом случае и тогда, когда представляется возможным стержне­вые анкера крепить непосредственно к верхней пластине заклад­ной детали, желательно учитывать и анкерующую способность ребер жесткости закладной детали.

Однако для этого недостаточно материалов имеющихся экспе­риментальных исследований. Поэтому были проведены специаль­ные испытания по выдергиванию закладных деталей с ребрами из бетона и сопоставлена их работа в заделке с работой анкеров из арматуры периодического профиля.

В настоящее время ребра жесткости закладных деталей проекти­руются с крупными отверстиями, предполагая, что они будут способствовать повышению качества заделки ребер в бетоне.

Для проверки справедливости этого суждения в НИИЖБ были проведены в 1962 г. соответствующие исследования.

Испытание образцов. Закладная деталь состояла из верхней металлической пластины сечением 2Q0 X 20 мм, длиной 500 мм, усиленной косынками, к которой были симметрично приварены анкеры в виде ребер и стержневой арматуры периодического про­филя на расстоянии 250 мм друг от друга. Ребра длиной 200 мм без отверстий или с двумя отверстиями диаметром 70 мм в среднем сечении по высоте ребра изготовлялись из листовой стали марки Ст. 3 сечением 200 X 5 мм. Арматура имела диаметр 20 мм и длину 200 мм. Площади поперечных сечений анкеров в образце были равны. Конструкции анкеров были следующими: 1) гладкие ребра без отверстий; 2) гладкие ребра с отверстиями; 3) арматура периодического профиля; 4) гладкие ребра без отверстий с под­варенными к ним снизу анкерами из арматуры периодического профиля; 5) гладкие ребра с отверстиями и подваренными к ним снизу анкерами из арматуры периодического профиля.

Закладные детали были заделаны в блок во время бетонирова­ния. Кубиковая прочность бетона в день испытания составляла 435—490 кГ/см2. Бетон приготовлялся на цементе активностью 600 кГ/см2 с долей песка в заполнителе (г — 0,29-^0,33) и расхо­дом воды 180 л/ма. При бетонировании закладные детали устана­вливались на дно опалубки.

При испытании усилие в образце создавалось двумя домкра­тами и передавалось на закладную деталь через распределитель - 426 ную траверсу. Закладные детали, снабженные анкерами разной конструкции, подвергались действию выдергивающей силы при кратковременном однократном загружении. Общий вид устройства для испытания приведен на фиг. 1.

Смещение закладной детали под действием нагрузки относи­тельно первоначального положения измерялось с помощью инди­каторов, установленных с двух сторон верхней пластины над

Анкерами. Посредством тензодатчиков, наклеенных на поверх­ности гладких ребер с двух сторон, изучался характер передачи нагрузки с ребер на бетон и по мере загружения определялось какая доля внешней нагрузки в данных условиях воспринима­лась анкерами и какая—сцеплением верхней пластины с бетоном.

Результаты испытаний. Для оценки анкеровки гладких ребер в бетоне воспользуемся величиной напряжения <т™ при начале скольжения, характеризующей прочность заделки анкера.

При анализе работы анкеров из круглой арматуры за начало скольжения условно принимается максимальная разность еа —g0,

Где gо — общее смещение анкера в бетонном блоке на длине заделки,

А га — удлинение стали при растяжении на той же длине заделки.

Напряжение, при котором смещение загруженного конца анкера достигает значения удлинения свободной стали, характе­ризует начало разрушения заделки.

5)

Фиг. 2. Кривые «напряжение— деформация» при выдергивании анкеров из бетона:

Go — смещение загруженного сече - ння гладкого ребра, заделанного в бетоне; еа — удлинение ребра, свободного от бетона; 6Г— распре­деление напряжений на длине за - делкн анкеров при начале сколь­жения; 1 — гладкое ребро; 2—круг­лый гладкий стержень; 3 — круг­лый стержень из арматуры перио­дического профиля.

На фиг. 2, а представлена кривая измеренных смещений g0 загруженного сечения гладкого ребра при выдергивании заклад­ной детали из бетонного блока в зависимости от напряжения (деформации в ребре определены по показаниям тензодатчиков). Для сравнения построена кривая полных удлинений стали га при растяжении. Максимальная разность (га —g0) характеризует начало скольжения ребра fe бетоне. В данном случае она соот­ветствует напряжению ас0к -- 1200 кГ/см1.

Из графика видно, что после начала скольжения смещение ребра резко возросло. Полное нарушение заделки произошло при 428
напряжении в ребре aft = 1400 кГ/смОбразец выдержал до­полнительно только напряжение 0,17оо\ После начала скольже­ния сцепление ребер с бетоном осуществлялось в основном за счет сил трения.

Из приведенного анализа следует, что с момента начала сколь­жения стержня и до полного разрушения заделки имеется малый запас прочности заделки, поэтому рабочее напряжение в ребре не должно превосходить величины, соответствующей началу сколь­жения. Это возможно при небольших напряжениях, как напри­мер, в станинах станков.

Экспериментальная кривая (фиг. 2, б) распределения осевых нормальных напряжений по длине заделки ребра построена при начале скольжения о™ = 1200 кПсм1. На том же графике пред­ставлены теоретические кривые 2 и 3, подсчитанные для начала скольжения в бетоне круглого гладкого стержня и арматуры периодического профиля при равной длине заделки.

Из сравнения графиков видно, что экспериментальная кривая 1 характеризуется несколько большим скольжением ребра у загру­женного сечения, чем круглая арматура (кривые 2 и 3), а следо­вательно, и большей податливостью в бетоне под действием на­грузки. Однако кривые свидетельствуют и о сходстве характера распределения нормальных напряжений по длине заделки у всех трех видов анкеров.

Значения отношений напряжений в точке о0 а к напряжению на загруженном конце о0 при начале скольжения близки между собой.

Следовательно, можно считать, что смещение g0 представ­ляет собой сумму смещений отдельных участков ребра совместно с бетоном на длине заделки, а прочность сцепления может быть оценена по напряжению при начале скольжения.

Это дает основание при разработке способа расчета прочности и жесткости заделки гладких ребер в бетоне применять положения, принятые для расчета круглых стержней.

На фиг. 3 представлена теоретическая кривая еа, построенная из условия упругой работы ребер, когда на них передается вся нагрузка, приложенная к образцу.

Экспериментальная кривая деформаций 1 получена по пока­заниям датчиков, поставленных у загруженного сечения ребра. Кривая характеризует ту фактическую долю общей нагрузки, которая воспринималась ребрами, а разность деформаций, пред­ставленных на графиках 3 и 1 — долю нагрузки, воспринятой сцеплением верхней пластины закладной детали с бетоном.

Анализ результатов показал, что на первых ступенях загру­жения (до 2—4 т) действующая нагрузка, воспринимаемая ребрами и сцеплением пластины с бетоном, распределялась между ними пропорционально модулю упругости стали и бетона.

В дальнейшем большая доля нагрузки передавалась на ребра, что сопровождалось в отдельных случаях постепенным наруше­нием сцепления верхней пластины закладной детали с бетоном, в других — разрушением бетона под пластиной. Этому явлению способствовал изгиб пластины в пролете, имевший место при

Испытании образца.

При нагрузке от 16 до 20 т началось интенсивное разруше­ние монолитности соединений под пластиной, что иллюстри­руется графиком на фиг. 3. Пересечение кривой 1, харак­теризующей деформации загру­женного сечения гладкого реб­ра, с прямой 3, характеризую­щей относительные деформации того же ребра, свободного от бетона, соответствует нагрузке 20 т. Следовательно, с этого момента вся нагрузка начала вос­приниматься ребрами и анке­рами.

Таким образом, нарушение монолитности соединения верх­ней пластины закладной детали с бетоном наступало как вслед­ствие нарушения сцепления пластины с бетоном, так и в ре­зультате разрыва бетона. На­грузка, при которой происхо­дило нарушение, зависела в зна­чительной мере от прогиба за­кладной детали между анкера­ми. Для испытанных образцов начало разрушения бетона под пластиной соответствовало 2— 4 т, что значительно ниже большинства эксплуатационных нагрузок. Поэтому соединение верхней пластины с бетоном не должно учитываться даже в кон­струкциях станков, где имеют место небольшие напряжения.

Нужно считать всю нагрузку полностью передаваемой на анкера.

Конструктивные особенности анкера начали сказываться после того, как бетон под верхней пластиной выключился из работы (в данных образцах это соответствовало нагрузке 20 т, т. е.

Разрушающая нагрузка в образцах с гладкими ребрами составляла 27,8 т, с ребрами, прорезанными отверстиями, — 28,2 т.

Испытания показали, что самая большая жесткость заделки была у анкеров, выполненных из арматуры периодического про­филя, самая же малая — у анкеров из гладкой листовой стали с отверстиями.

Поверхность сцепления ребер с отверстиями (кривая 2) была на 20% меньше гладких ребер без отверстий (кривая 1). Жесткость их заделки в бетоне оказалась сниженной соответственно. Проч­ность заделки обоих типов ребер практически не различалась. Таким образом, испытания показали, что применение ребер с круп­ными отверстиями нецелесообразно.

Жесткость заделки анкеров периодического профиля в сравне­нии с гладкими ребрами была на 26% выше, тогда как поверх­ность сцепления — в 2,1 раза меньше. Таким образом, можно считать, что эффективность заделки анкеров периодического про­филя в сравнении с гладкими ребрами в данном случае состав­ляла 265%. Это значение оставалось постоянным до начала скольжения ребер в заделке.

Оценку прочности заделки гладких ребер в бетоне по сравне­нию с анкерами периодического профиля следовало проводить при напряжении ас0к в начале скольжения. В испытанных нами образцах получить величину начала скольжения анкеров перио­дического профиля не удалось, так как образцы разрушались от разрыва бетона прежде, чем наступало скольжение анкеров. Поэтому этот вопрос предлагается проанализировать теоретически.

Испытания образцов 4 и 5 показали, что в результате привар­ки к нижнему концу ребер стержней из арматуры периодиче­ского профиля была повышена как жесткость, так и прочность их сцепления с бетоном.

Так, при напряжении в ребрах 1200 кПсм2 (общая нагрузка в образце 24 т) смещения ребер в образце 5 оказались на 21 % меньше, чем в образце 2. Однако прочность заделки при этом увеличилась всего на 12% (произошел разрыв бетона в сечении, ослабленном отверстиями).

При этом же напряжении величина смещений загруженных сечений ребер в образце 4 была на 26% меньше, чем в образце 1. Прочность заделки повысилась на 13%.

Аналогичные результаты получены и при более высоких напря­жениях.

Выводы

1. При определении анкерующей способности закладной де­тали в бетоне соединение верхней пластины с бетоном не должно учитываться.

2. Гладкие ребра закладной детали могут быть введены в рас­чет жесткости и прочности заделки в бетоне марок «400»—«500» при напряжении в них меньше 800 кГ/см2. Арматура периодиче­ского профиля, приваренная к ребрам, увеличивает жесткость и прочность заделки.

3. Для разработки способа расчета прочности и жесткости заделки гладких ребер в бетоне могут быть применены положения, принятые для расчета круглых стержней.

4. Применение ребер закладной детали с крупными отверстиями нецелесообразно, так как они обладают низкой жесткостью заделки в бетон. Прочность их заделки по сравнению с ребрами без отвер­стий практически не повышается.