Применение полимербетонов наиболее актуально в изделиях или элементах, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивной среды различного типа. Каучуковый бетон или сокращенно каутон – полимербетон, обладающий практически универсальной химической стойкостью и высокой прочностью на основе жидких каучуков. Применение каутона в конструкциях на данный момент ограничено отсутствием рекомендации по их проектированию и расчета. Исходя из анализа работ [1-6], а так же из анализа нормативной литературы можно сказать, что на прочность нормальных сечений, в большей степени влияет площадь стержневого армирования. В работах [7,8] установлено, что фибра также вносит свой вклад в работу сечений изгибаемых элементов, а в работах [9,10] была установлена степень влияние дисперсного армирования из различного вида волокон на прочностные характеристики каутона. Исследования, проведённые в работе [11] подтверждают положительное влияние стальной фибры, введенной в состав обычного бетона, на прочностные характеристики материала.
В результате экспериментальных исследований изложенных в статье [8] и проведенного анализа нормативной литературы были определены предпосылки метода расчета прочности нормальных сечений каутоновых изгибаемых элементов без дисперсного армирования:
1. Расчет производится в момент разрушения образца.
2. Растягивающие усилия воспринимает арматурный стержень.
3. Значения напряжений в материале сжатой зоны достигают предела прочности, независимо от того по какой зоне разрушается материал.
Несущую способность определяем согласно уравнениям равновесия изгибающих моментов относительно центра тяжести сечения растянутой арматуры:
где x – высота сжатой зоны,
Rk – предел прочности каутона на сжатие,
b – ширина сечения;
Высота сжатой зоны определяется из суммы проекций внутренних усилий на продольную ось элемента.
Для каутоновых изгибаемых элементов без дисперсного армирования:
где Rs – расчетное сопротивление арматуры. Стоит отметить, что в материалах статьи вместо Rs применялся σt – экспериментальный предел текучести для обеспечения сходимости расчетных значений с экспериментальными, т.к. за разрушающую нагрузку во время испытаний принималась та, при которой арматурной сталью достигается предел текучести.
As – площадь стержневой арматуры;
Результаты расчета по приведенной методике приведены в таблице 1.
Таблица 1
Экспериментальные и расчетные значения прочности нормальных сечений каутоновых изгибаемых элементов
Из таблицы 1 видно, что “стандартная” методика расчета прочности нормальных сечений балок (согласно СП 63.13330.2012), обеспечивает достаточную сходимость результатов расчета с экспериментальными значениями.
Однако расчет по приведенной выше методики для фиброкаутоновых элементов не обеспечивает должной сходимости, что говорит о необходимости учета работы фибровых волокон в трещине в процессе их развития. С целью определить степень влияния фибровых волокон на прочность нормальных сечений нами были изготовлены 2 серии балок без стержневого армирования, изготовленные из каутона и фиброкаутона, результаты, испытания которых приведены в таблице 2.
Таблица 2
Экспериментальные значения прочности нормальных сечений каутоновых изгибаемых элементов без стержневого армирования
На основании данных полученных в таблицах 1 и 2 были построены графики (рисунок 1) зависимости изгибающего разрушающего момента от процента продольного армирования для балок без стержневого армирования и для балок армированных одним стержнем диаметров 8 мм.
Рис.1. Графики зависимости изгибающего момента от процента продольного армирования
Как можно увидеть эквивалентный процент продольного стержневого армирования, учитывающий работу волокон металлокорда в нормальных сечениях равен ~0.34%. Данное значение μ соответствует 2,5 % дисперсного армирования от массы элемента. Следовательно, для фиброкаутоновых изгибаемых элементов можно учесть влияние дисперсного армирования при расчете по первой группе предельных состояний путем добавления эквивалентной дисперсному стержневой площади армирования к площади продольного армирования:
где Rfk – предел прочности фиброкаутона на сжатие.
Результаты расчета прочности фиброкаутоновых элементов по оптимизированной методике в сравнение с экспериментальными результатами приведены в таблице 3.
Таблица 3
Экспериментальные и расчетные значения прочности нормальных сечений фиброкаутоновых изгибаемых элементов
Очевидно, что подобный способ учета фибрового армирования при расчете обеспечил достаточную сходимость расчетных значений разрушающего изгибающего момента с экспериментальными значениями
Выводы и рекомендации
Установлены предпосылки для расчета фиброкаутоновых изгибаемых элементов. Определено, что фибровое армирование с процентом армирования по массе каутонового элемента равное 2,5% соответствует работе стержневого продольного армирования со значением μ=0,34%. Оптимизирована методика расчета по первой группе предельных состояний, изложенная в СП, для обеспечения необходимой сходимости результатов расчета с экспериментальными значениями.
