ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Выносливость арматурных сталей

Сталь, из которой изготовляется арматура, так же как и бе­тон, обладает свойствами усталости при воздействии многократно повторяющейся нагрузки. С увеличением числа циклов повторе­ния нагрузки максимальное напряжение, необходимое для раз­рушения образца, уменьшается. Относительные пределы вынос­ливости Куа различной стержневой арматуры на базе 2 • 106 циклов, полученные в работах [14], [19] и [20], приведены в табл. 4.

В опытах [12] стержни из стали марки Ст. 3 выдержали 200 -10® нагружений без разрушения при напряжениях всего на 8% меньших, чем предел выносливости на безе 2-Ю6 циклов. Этот факт указывает на то, что с увеличением N снижение предела выносливости для стали происходит значительно слабее, чем для бетона. Следовательно, значения относительных пределов выносливости для арматурной стали, приведенные в табл. 4, можно с некоторой оговоркой принять и для баз 107—108 циклов.

Кроме того, большим количеством испытаний установлено, что предел выносливости арматуры зависит от ряда других факторов

1 — в состоянии поставки при q = 0,25;

2 — с приваренными коротышами при О = 0,25; 3 — в состоянии поставки при

О = 0,5.

(частоты приложения нагрузки, периодов отдыха и тренировки, диаметра арматуры, вида профиля и марки стали, сварки и на­резки, бетонного окружения и т. д.), влияние которых при повтор­ной нагрузке сказывается значительно сильнее, чем при однократ­ном статическом нагружении.

Одним из основных факторов, снижающих выносливость арма­туры, является создание на ее поверхности периодического про­филя для повышения сцепления с окружающим бетоном. Эле­менты профиля играют роль сильных концентраторов напряжений. Так, по данным работы [15] предел выносливости стержней из сталей Ст. 5 и 25Г2С, у которых выступы на поверхности были удалены токарной обработкой, оказался на 25—40% выше, чем у стержней в состоянии поставки.

По данным работы [20], предел выносливости гладкой арма­туры из стали марки 35ГС при е = 0,2 оказался на 74% выше, чем у арматуры из той же стали, но периодического профиля.

При исследовании выносливости арматуры периодического профиля из сталей марок Ст. 5; 25Г2С и 35ГС изучалось влияние на выносливость масштабного фактора и приварки перекрестных стержней [19], а также химического состава стали, прочности 60
и некоторых других факторов [20]. Причем, было установлено, что влияние всех этих факторов перекрывается влиянием перио­дичности профиля.

Так, например в опытах, [19] приварка коротышей к стерж­ням периодического профиля сказалась на их выносливости меньше, чем на выносливости гладких стержней с такими же коротышами, что авторы опытов объясняют разгружающим влия­нием периодичности профиля.

При изучении выносливости на образцах диаметром 12; 14; 22 и 28 мм в состоянии поставки выяснилось, что влияние диа­метра на выносливость сказывается незначительно; это также объясняется перекрывающим влиянием периодичности профиля (фиг. 12, поз. 1 и 2).

Однако при наличии бетонного окружения, т. е. в конструкции, благодаря лучшему сцеплению с бетоном, для арматуры перио­дического профиля обеспечивается хорошая совместная работа бетона и арматуры при воздействии многократно повторной на­грузки [15].

Предел выносливости арматурной стали периодического про­филя в слабой степени зависит от прочности [19], [20]. Так как более прочные стали более чувствительны к концентрации напря­жений, то относительные пределы выносливости образцов из таких сталей оказываются ниже, чем образцов из менее прочных сталей, и для разных марок Rya = КуаОв оказываются примерно одина­ковыми.

В работе [20] изучалось влияние упрочнения вытяжкой стали марки 35ГС на ее предел выносливости. Было установлено, что если вытяжка до напряжения 5500 кГ/см2 увеличивает предел текучести на 45—47%, то предел выносливости увеличится лишь на 24% для образцов диаметром 28 мм и на 8% для образцов диаметром 14 мм. Перетяжка на 10%, т. е. до напряжения 6000 кГ! смг, оказала такое же влияние на предел выносливости арматуры из стали 35ГС, как и упрочнение вытяжкой до напря­жения 5500 кГ/см2.

«Тренировка», т. е. предварительное нагружение образцов при максимальном напряжении ниже предела выносливости, увели­чивает, правда незначительно, предел выносливости пластичных сталей и практически не влияет на предел выносливости сталей повышенной твердости [15].

Термическое упрочнение несколько снижает выносливость арматуры [20].

Значительно снижают выносливость арматуры такие концент­раторы напряжений, как сварка, нарезка, различные царапины и надрезы.

Как уже упоминалось, влияние сварки на выносливость арма­туры изучалось в работе [19]. После приварки коротышей вынос­ливость арматурной стали снизилась для марки Ст. 5 на 13%,
а для марки 25Г2С на 16%; причем, диаметр привариваемых коротышей, так же как и диаметр основных стержней (фиг. 12, поз. 3), слабо влияет на изменение предела выносливости, основное влияние оказывает режим сварки. Авторы обнаружили, что большим выдержкам свариваемых узлов под током соответ-

Ствует меньшее снижение предела выносливости с ростом числа повторений нагрузки.

В качестве конструктивных мероприятий для создания свар­ных стыков арматуры, равнопрочных с основным металлом, рекомендуется применять ванные стыки на удлиненной прокладке, как показано на фиг. 13, а, или применять контактные стыки. Зачистку подобных стыков необходимо производить вдоль оси стержня. При применении стыков с парными накладками и одно­сторонними швами рекомендуется их делать, как показано на фиг. 13, б, где шов переведен на основной элемент в виде напла­вок [14].

Наличие сварки учитывается при расчете конструкций на выносливость путем умножения расчетных сопротивлений арма­туры на коэффициент kc, принимаемый по строительным нор­мам.

Опыты [17] с высокопрочной проволокой гладкой (ГОСТ 7348-55) и периодического профиля (ГОСТ 8480-57) показали, что проволока диаметром 5 мм периодического профиля имела предел выносливости на 6—15% ниже, чем гладкая, а величина максимально допустимого перепада напряжений (аотах — omjn) сни­зилась на 19—28% (табл. 5). ц В то же время проволока пе - - " риодического профиля в желе­зобетонных балках в силу луч­шего сцепления с бетоном пока­зывает более высокие характе­ристики выносливости (на 8— 10%), чем отдельные образцы.

При увеличении степени предварительного натяжения, т. е. при повышении минималь­ного напряжения (при постоян­ном перепаде Дет), выносли­вость проволоки увеличивается (фиг. 14).

Пучки и пряди из высоко­прочной проволоки также яв­ляются перспективным видом арматуры для железобетонных конструкций машин. Исследо­вания [25] показали высокую эффективность применения мощ­ных арматурных пучков из высокопрочной проволоки для армирования изгибаемых эле­ментов, работающих на много­кратно повторную нагрузку. Такие пучки из высокопрочной гладко» проволоки при напряжении <т0 — 0,66 ов и q = 0,85 могут не рассчитываться на выносливость [24].