Армирование деревянной балки стеклопластиковой арматуры

Обновлено: 28.04.2024

Стеклопластиковая арматура «АРМАСТЕК», представляет собой стеклопластиковые стержни диаметром от 4 до 16 мм, любой строительной длины (возможно скручивание в бухты) с ребристой поверхностью спиралеобразного профиля, состоит из стеклоровинга, связанного полимером на основе эпоксидной смолы. Ее необходимо применять в промышленно-гражданском, дорожном строительстве, а также в бетонных конструкциях с преднапряжённым и ненапряжённым армированием, взамен традиционной стальной арматуры.

Для успешного использования стеклопластиковой арматуры в индивидуальном жилищном строительстве мы предлагаем использовать специальный документ – «Альбом типовых решений по применению неметаллической композитной стеклопластиковой арматуры в бетонных конструкциях». В альбоме представлены схемы армирования различных видов фундаментов (плит перекрытия, перемычек, колонн), применяемых в индивидуальном жилищном и коммерческом видах строительства.

Важно отметить, что применение стеклопластиковой композитной арматуры увеличивает срок службы конструкций (в первую очередь – фундаментов) в 2 – 3 раза по сравнению с применением металлической арматуры, особенно при воздействии на них агрессивных сред, в том числе содержащих хлористые соли, щелочи и кислоты.

На что нужно обратить внимание при выборе и покупке стеклопластиковой арматуры?

Покупать стеклопластиковую полимерную композитную арматуру нужно у производителей, официальных дилеров производителей и проверенных поставщиков, авторизованных данными производителями.

При выборе стеклопластиковой арматуры необходимо уделить внимание качеству изделия, качеству и плотности навивки стеклоровинга по всей длине прутка, качеству заливки витков. Остерегайтесь подделок при покупке стеклопластиковой полимерной композитной арматуры!

Высококачественная стеклопластиковая арматура может использоваться для различных типов фундаментов – плитных, ленточных, столбчатых. Тип фундамента и параметры выбираются в зависимости от несущей способности грунта и нагрузки на фундамент. Приведем примеры расчетов на дом размером 6 х 6 метров. По данному принципу может быть просчитано абсолютное большинство домов прямоугольной и квадратной формы любой другой необходимой площади.

ПЛИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ: Расчет количества арматуры и вязальной проволоки

Для плитного фундамента нужно использовать только арматуру с ребристой поверхностью и диаметром не меньше 10 мм, если это металлическая, либо не менее ф6 АКС (стеклопластиковая). От диаметра арматуры зависит прочность всей конструкции: чем толще арматура, тем прочнее. При выборе ее толщины стоит ориентироваться на вес дома и тип грунта. Если грунт непучинистый и плотный, т.е. имеет хорошую несущую способность, то под нагрузкой от дома он будет меньше деформироваться и от плиты требуется меньшая устойчивость. Второй фактор – это вес дома. Чем он больше, тем больше нагрузка на плиту и больше ее деформация. Если вы строите легкий деревянный дом на хорошем грунте, то для армирования плиты достаточно будет арматуры диаметром 10 мм. Если тяжелый дом на слабом грунте – то арматуру надо использовать толстую 14-16 мм. Шаг сетки арматурного каркаса плиты обычно составляет 20 см, при таком шаге на нашем фундаменте 6х6 м надо уложить 31 пруток вдоль и столько же поперек, итого 62 прутка. Поясов армирования у плиты надо делать два – верхний и нижний, поэтому общее количество прутков будет 124 штуки, при длине прутка 6 м получаем расход 124 х 6 м = 744 погонных метра арматуры. Помимо этого верхнюю сетку арматуры надо соединить с нижней, это соединение делается в местах пересечения продольных и поперечных прутков арматуры. Таких соединений будет 31 х 31 = 961 штук. Если толщина плиты составляет 20 см, а каркас арматуры находится в 5 см от поверхности, то на каждое соединения нужен пруток арматуры длиной 10 см (20 см толщины минус 5 см снизу и сверху). На все соединения потребуется 0,1 х 961 = 96,1 метра арматуры. Общее количество арматуры на весь плитный фундамент составит 744 м + 96,1 м = 840,1 погонных метра.

Чтобы посчитать, сколько нужно вязальной проволоки, необходимо прежде всего определить способ соединения: сначала соединяются продольные и поперечные прутки арматуры нижнего пояса, затем к ним присоединяются вертикальные прутки, и потом к ним продольные и поперечные прутки верхнего пояса. Таким образом, в каждом месте, где пересекаются два горизонтальных прутка и один вертикальный, есть два соединения вязальной проволоки. Таких мест 961 в нижнем поясе и столько же в верхнем. Для вязки одного пересечения прутков нужно 15 см вязальной проволоки, согнутой пополам, то есть 0,3 м чистой длины. Полный расход вязальной проволоки на плитный фундамент составит 0,3 м х 961 х 2 = 576,6 м.

В случае использования стеклопластиковой арматуры оптимальным вариантом является использование хомутиков и стяжек из пластика (используются также в проведении телекоммуникационных сетей и электропроводки).

ЛЕНТОЧНЫЙ ФУНДАМЕНТ: Расчет количества арматуры и вязальной проволоки

Высота ленточного фундамента обычно значительно больше его ширины: например, ширина 30-40 см, высота 70 см. В этом случае лента гораздо меньше, чем плита, склонна к изгибу, поэтому в ленточном фундаменте можно использовать арматуру меньшего диаметра. При строительстве индивидуальных домов в основном используется металлическая арматура 10-12 мм, реже 14 мм. Еще одна особенность ленты – это использование только двух поясов армирования независимо от высоты фундамента. В верхней и нижней частях ленты в 5 см от поверхности бетона укладывают продольные прутки арматуры, они и принимают на себя нагрузку при деформации ленты. Вертикальные и поперечные прутки арматуры не несут нагрузки, их делают из тонкой и гладкой арматуры. При ширине ленточного фундамента 40 см достаточно использовать всего четыре продольных прутка – два сверху и два снизу. Реже используется армирование по три и четыре прутка в каждом поясе. Такое усиление оправдано на слабом или подвижном грунте или при строительстве массивных домов. Самым оптимальным вариантом при ленточном фундаменте является использование стеклопластиковой арматуры АКС ф6, ф7 для одноэтажных домов, и АКС ф8, ф10 для двухэтажных домов и домов с мансардой.

Общая длина ленты фундамента под дом 6 м на 6 м с одной внутренней несущей стеной составит 30 м (24 м периметр внешних стен + 6 м под внутренней). Расход ребристой арматуры для продольного армирования в 4 прутка составит 30 м х 4 = 120 м. Вертикальные и поперечные прутки можно устанавливать с шагом 0,5 м. При ширине ленты 30 см и высоте 70 см с учетом отступом от поверхности фундамента в 5 см на каждое соединение будет нужно 1,6 м гладкой арматуры диаметра 6 мм (либо стеклопластиковой арматуры АКС ф4, ф5). Таких соединений будет 61 штука, общий расход гладкой арматуры будет 97,6 м. Каждое такое соединение имеет 4 связки арматуры. На одну связку нужно 30 см вязальной проволоки, поэтому общий расход вязальной проволоки на ленточный фундамент составит 0,3 м х 4 х 61 = 73,2 м.

СТОЛБЧАТЫЙ ФУНДАМЕНТ: Расчет количества арматуры и вязальной проволоки

Для армирования столбиков достаточно металлической арматуры диаметром 10 мм или стеклопластиковой арматуры ф6 АКС. Для вертикальных прутков используется ребристая арматура, горизонтальные прутки используется только для того, чтобы связать их в единый каркас. Обычно арматурный каркас для столбика состоит из 2-4 прутков, длина которых равна высоте столба. Если диаметр столба большой (более 20 см), то надо использовать больше, равномерно распределяя их внутри столба. Для армирования 2-метрового столба диаметром 20 см можно ограничиться четырьмя прутками из арматуры диаметра 10 мм (либо АКС ф6), которые расположены на расстоянии 10 см друг от друга и перевязаны в четырех местах гладкой арматурой диаметром 6 мм (АКС ф4-5). Расход ребристой арматуры на один столб составит 2 м х 4 = 8 м; длина гладкой 0,4 м х 4 = 1,2 м. При необходимом количестве столбов 30 шт общий расход ребристой арматуры будет 8 м х 30 = 240 м, а гладкой 1,2 м х 30 = 36 м.

В одном столбе есть четыре горизонтальных прутка, каждый из которых крепится к четырем вертикальным, поэтому для вязки арматуры на каждый столб необходимо 0,3 м х 4 х 4 = 4,8 м вязальной проволоки. На весь фундамент из 30 столбов потребуется 4,8 м х 30 = 144 м.

СТОИМОСТЬ АРМАТУРЫ ДЛЯ ФУНДАМЕНТА

Теперь, зная необходимое количество арматуры в метрах и зная вес погонного метра арматуры, можно рассчитать необходимую массу арматуры и узнать ее стоимость. Средняя цена тонны металлической арматуры около 28 000 рублей, без учета доставки на участок. При это важно, что для транспортировки металлической арматуры необходимо нанимать специальный транспорт (как минимум, грузовую ГАЗель), а транспортировка стеклопластиковой арматуры возможна собственными силами.

Для плитного фундамента дома 6х6 надо 840,1 м арматуры, при диаметре 14 мм вес одного метра 1,21 кг, общий вес арматуры 1016,5 кг. Стоимость материалов для армирования такого фундамента около 30 000 рублей.

Для ленточного фундамента надо 120 м арматуры диаметром 12 мм. Вес одного метра 0,888 кг, общий вес 106,56 кг. Арматуры диаметром 6 мм нужно 97,6 м, вес одного метра 0,222 кг, общий вес 21,67 кг. Стоимость материалов для армирования такого ленточного фундамента около 4 300 рублей.

Для столбчатого фундамента нужно 240 м 10 мм металлической арматуры, вес одного метра 0,617 кг, общий вес 148,08 кг. Гладкой арматуры в 6 мм диаметром нужно 36 м, ее общий вес составит 8 кг. Стоимость арматуры 5 000 рублей.

Предлагаем вашему вниманию обоснование экономической выгоды использования стеклопластиковой арматуры для данных целей.

Расчет экономической выгоды по замене металлической арматуры на стеклопластиковую:

Ценообразование на стеклопластиковую арматуру (используется для фундаментов):

бетонная балка / несущая способность / стеклопластиковая / композитная арматура / прочностные характеристики / деформация / разрушение / экспериментальные исследования / область рационального использования / concrete beam / beam strength / fiberglass and composite reinforcement / strength characteristics / deformation / destruction / experimental studies / field of rational use

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Башкова Юлия Борисовна, Вшивков Евгений Павлович

Показаны особенности и сравнительные характеристики металлической и композитной арматуры . Приведены теоретические и экспериментальные исследования прочностных характеристик бетонных балок, армированных стеклопластиковой и металлической арматурой. Выполнен анализ полученных результатов и определены области использования композитной арматуры .

EXPERIMENTAL STUDIES OF FIBERGLASS REINFORCEMENT’S WORK WHEN REINFORCING OF CONCRETE STRUCTURES

It is shown the features and comparison characteristics of metallic and composite reinforcement. Data are given about the theoretical and experimental studies of strength characteristics of concrete beams, that are reinforced with fiberglass and metallic reinforcement. It is analyzed the results and identified fields to use composite reinforcement.

Текст научной работы на тему «Экспериментальные исследования работы стеклопластиковой арматуры при армировании бетонных конструкций»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРЫ ПРИ АРМИРОВАНИИ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Максимов Сергей Павлович

канд. техн. наук, доцент, декан факультета техники и технологии, филиал Южно-Уральского государственного университета в г. Златоусте,

Башкова Юлия Борисовна

старший преподаватель кафедры ПГС, филиал Южно-Уральского

государственного университета в г. Златоусте,

РФ, г. Златоуст Е-mail: bashkovayb@susu.as. ru

Вшивков Евгений Павлович

студент 3 курса,

филиал Южно-Уральского государственного университет в г. Златоусте,

EXPERIMENTAL STUDIES OF FIBERGLASS REINFORCEMENT’S WORK WHEN REINFORCING OF CONCRETE STRUCTURES

Candidate of Engineering Sciences, associate professor, Dean of the faculty of engineering and technology, South Ural State University, Zlatoust branch,

senior lecturer, Department of industrial and civil construction, South Ural State University, Zlatoust branch,

Максимов С.П., Башкова Ю.Б., Вшивков Е.П. Экспериментальные исследования работы стеклопластиковой арматуры при армировании бетонных конструкций //

Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2015. № 6 (18) .

A 3rdyear student, South Ural State University, Zlatoust branch,

Показаны особенности и сравнительные характеристики металлической и композитной арматуры. Приведены теоретические и экспериментальные исследования прочностных характеристик бетонных балок, армированных стеклопластиковой и металлической арматурой. Выполнен анализ полученных результатов и определены области использования композитной арматуры.

Ключевые слова: бетонная балка, несущая способность,

стеклопластиковая, композитная арматура, прочностные характеристики, деформация, разрушение, экспериментальные исследования, область рационального использования.

Keywords: concrete beam, beam strength, fiberglass and composite

reinforcement, strength characteristics, deformation, destruction, experimental studies, field of rational use.

Стеклопластиковая арматура сравнительно недавно появилась на строительном рынке, хоть и была разработана в 80-х годах XX века. На тот момент стоимость композитной арматуры была выше металлической, что сдерживало ее применение в строительстве. В наше время ситуация кардинально поменялась — рост цен на металлическую продукцию, разработка новых прогрессивных материалов, отработка прогрессивных технологий

производства и модернизация известных процессов дали новый толчок для активного внедрения стеклопластиковой композитной арматуры (СПА) [4]. Сегодня это стремительно развивающаяся часть строительной индустрии с большим и перспективным потенциалом.

Характеристики и качество изготовления СПА регламентируется государственным стандартом, принятым в 2012 [1], поэтому вся производимая продукция данного класса должна удовлетворять установленным требованиям.

Цель экспериментальных исследований — изучение конструкций, работающих на изгиб, усиленных СПА, и сравнение полученных результатов с аналогичными характеристиками конструкций, армированных металлической арматурой. Подтверждение свойств и характеристик СПА, а также проверка заявленных производителем прочностных характеристик.

В таблице 1 приведены характеристики СПА и базальтопластиковой арматуры [3] в сравнении с металлической класса А-III [2; 6].

Основные характеристики СПА — малый вес, высокий предел прочности на растяжение, стабильность при воздействии агрессивных сред — солей, кислот и т. п. Она полностью сохраняет свои прочностные показатели под воздействием магнитного и электрического полей и радиоволн. Прочностные характеристики стабильны и при воздействии низких температур. Коэффициент теплового расширения стеклопластиковой арматуры

соответствует аналогичным показателям бетона, что положительно сказывается на совместной работе материалов и исключает возникновение

трещинообразования и порывов в бетонном слое. Стеклопластиковая арматура легко транспортируется и технологична в обработке при резке, вязке и возможности формировании криволинейных участков.

Предел прочности на растяжение СПА в 2,5 раза выше,

чем у металлической (см. таблицу 1). Однако, при высокой прочности на растяжение, СПА имеет значительно меньший, в 3,6 раза, модуль упругости, чем у металлической, а следовательно, низкую сопротивляемость деформациям [1]. Кроме того, недостатком арматуры из стеклопластика

является сравнительно невысокие показатели по огнестойкости. Хотя она считается самозатухающим материалом и относится к группе горючести Г-1 [5], ее предельная рабочая температура в толще бетона не может превышать 200 0С, после которых резко изменяются ее свойства, что может привести к внезапному разрушению конструкций.

Характеристики различных видов арматуры

Характеристики Металлическая Композитная арматура

арматура класса А-III Стеклопластиковая Базальтопластиковая

Материал Сталь связанные полимером Базальтовые волокна,

на основе эпоксидной связанные полимером

Предел прочности при растяжении, МПа 390 1000 1100

Модуль упругости, МПа 200000 55000 60000

Относительное удлинение, % 14 2,5 2,2

Стойкость к агрессивным средам Коррозирует Не коррозирует Не коррозирует

Теплопроводность Теплопроводная Нетеплопроводная Нетеплопроводная

Электропроводность Электропроводная Диэлектрик Диэлектрик

Сортамент d, мм 6—80 4—20 4—20

Длина, м Стержни длинной 6—12 По требованию заказчика По требованию заказчика

Экологичность Экологичная Экологичная Экологичная

Предполагаемая 8A-III 6АСП 6АБП

условная замена по 10A-III 8АСП 8АБП

физико-механическим 12A-III 10АСП 10АБП

свойствам 14A-III 12АСП 12АБП

(равнопрочная замена) 16A-III 14АСП 14АБП

18A-III 16АСП 16АБП

Плотность, т/м3 7,85 1,9 1,9

Поэтому стеклопластиковая арматура не применяется в настоящее время в конструкциях, которые подвергаются или могут испытывать воздействия высоких температур.

Разрушение СПА происходит без площадки текучести (рисунок 1) и носит хрупкий характер разрушения, что, с одной стороны, при этом имеет более

высокий показатель прочности, а с другой — приводит к резкому, внезапному, без предварительно видимых дефектов разрушению конструкций.

Для оценки работы СПА в бетонных конструкциях, работающих на изгиб, в лаборатории филиала были изготовлены балки сечением 80х160х1400. Балки заливались одной бетонной смесью класса В25 в составе: цемент 13,2 кг; щебень 45 кг; песок 21,6 кг; вода 6,48 л. При этом использовалась арматурная сетка с монтажным шагом 7х80 мм, длиной поперечных стержней 130 мм, длиной рабочей арматуры 1380 мм. В первом варианте применялась стальная рабочая диаметром d=12 мм класса A-III, (стержни арматурной сетки соединены точечной сваркой). Во втором варианте была использована СПА диаметром d=10 мм (стержни арматурной сетки соединены пластиковыми хомутами). Арматура разного диаметра подобрана из условий равнопрочной замены (см. таблицу 1).

Перед проведением испытаний балки набирали прочность в течение 28 суток в нормальных одинаковых условиях. При проведении испытаний (рисунок 2) балки закреплялись на платформе. Левая опора — неподвижный шарнир, правая — подвижный. Усилия передавались через плечи, посредством гидравлического домкрата. На левой опоре был установлен датчик, измеряющий реакцию опоры. На балке установлены два датчика и один индикатор часового типа, измеряющий прогиб балки. Непосредственно

на арматуре закреплён тензометр Гугенбергера, определяющий изгиб арматуры.

1—1—Г -1—I—Г“1—1 Г Т -1—1—Г -1—1—г 4-—1—1- — -1—1—1-—1—1 |__L_K_|__L_U_|__L

Рисунок 2. Схема нагружения балок

Теоретически балки были рассчитаны по первому предельному состоянию — моменту образования трещин, результаты расчетов сведены в таблице 2.

Как видно из расчётов, момент трещинообразования балки со стальной арматурой в 1,2 раза выше, чем балки с СПА. Это объясняется более низким модулем упругости у СПА арматуры.

Теоретические результаты расчетов

Максимальный теоретический момент трещинообразования, кНм

Mcrc,cal,st = Rbt • Wpl,cm = 0,676 Mcrc,cal,fiberglass = Rbt ' Wpl,CnA = 0,558

^crc,cal,cm Rbt ^Wpl, cm Rbt 1,'2Wpl,CnA -| ^

Mcrc,cal,CnA Rbt ' Wpl,CnA Rbt ' Wpl,CnA

M , crc,cal,st = 1,2 W, " pl,cm

По результатам проведённых испытаний были построены эпюры возникающих усилий (рисунки 3, 4). Момент трещинообразования, полученный в ходе эксперимента, в балке армированной СПА, ниже, чем в балке, армированной стальной арматурой в 3,7 раза. Расхождение теоретических и экспериментальных данных можно объяснить несовершенством способа определения момента трещинообразования и возможным отклонением расчетных значений показателей бетонной смеси и арматуры.

Рисунок 3. Эпюры усилий в балке, армированной стальной арматурой

Рисунок 4. Эпюры усилий в балке, армированной СПА

Важно отметить характер разрушения балок, армированных стеклопластиковой арматурой. Так, первая трещина появилась в середине балки, в зоне чистого изгиба, что еще раз подтверждает низкую жесткость СПА и высокую деформативность. Она легко поддается изгибу, а не препятствует ему как металлическая.

Исходя из проведенных опытов и анализа имеющихся данных, можно сделать вывод, что СПА нельзя использовать в капитальном строительстве в бетонных конструкциях ригелей, плит перекрытия, колоннах, поскольку она имеет низкий модуль Юнга, и, следовательно, жесткость и практически не сопротивляется изгибу. Применение СПА нужно ограничить на данном этапе армированием дорожного полотна на участках с агрессивным воздействием реагентов, ленточных фундаментов и других малоответственных конструктивных элементов. Поиск новых связующих компонентов, технологий

изготовления или создания преднапряженных состояний для повышения

упругих свойств СПА является актуальной задачей строительной отрасли.

Это позволит активнее использовать СПА при изготовлении и эксплуатации

ответственных нагруженных конструктивных элементов зданий и сооружений.

2. ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. — М.: Издательство стандартов, 1994. — 29 с.

3. Композитная арматура STEKLORMIN / [Электронный ресурс]. — Режим

4. Максимов С.П., Башкова Ю.Б., Шкуркина А.И. и др. Особенности армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой // Технические науки — от теории к практике. — 2015. — № 45. — С. 79—84.

6. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. — М.: Госстрой СССР, 1989. — 94 с.

ДЕРЕВЯННАЯ БАЛКА / БРУС / НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ / ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ / СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА / ОСОБЕННОСТИ АРМИРОВАНИЯ / СХЕМА АРМИРОВАНИЯ / СОЗДАНИЕ ПРЕДНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ / ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПОТОЧНОГО АРМИРОВАНИЯ / WOODEN BEAM / LOAD-CARRYING ABILITY / STRENGTH IMPROVING / FIBERGLASS ARMATURE / DISTINCTIVE FEATURES OF REINFORCING / SCHEMATIC VIEW OF REINFORCING / CREATION OF PRECOMPRESSED STATE / TECHNOLOGY OF CONTINUALLY PRODUCTIONIZING REINFORCING

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Башкова Юлия Борисовна, Шкуркина Анна Игоревна, Вшивков Евгений Павлович

Показана возможность и необходимость армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой для повышения несущей способности . Рассмотрены основные конструктивные и технологические особенности армирования элементов деревянных конструкций стеклопластиковой арматурой .

IT IS SPOKEN IN DETAIL THE DISTINCTIVE FEATURES OF WOODEN BEAMS REINFORCING WITH THE FIBERGLASS ARMATURE

It is shown the ability and necessity of wooden beams reinforcing with the fiberglass armature to increase the load-carrying ability . It is discussed the main constructional and technological distinctive features of elements of wooden structures reinforcing with the fiberglass armature .

Текст научной работы на тему «Особенности армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой»

ОСОБЕННОСТИ АРМИРОВАНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРОЙ

Максимов Сергей Павлович

канд. техн. наук, доцент, декан факультета техники и технологии филиал Южно-Уральского государственного университета в г. Златоусте, РФ,

г. Златоуст Е-mail: balid@hotbox. ru Башкова Юлия Борисовна старший преподаватель кафедры ПГС, филиал Южно-Уральского государственного университета в г. Златоусте, РФ, г. Златоуст

Е-mail: bashkovayb@susu. as. ru Шкуркина Анна Игоревна студент 3 курса, филиал Южно-Уральского государственного университета в

г. Златоусте, РФ, г. Златоуст Е-mail: laitol 74@gmail. com Вшивков Евгений Павлович студент 3 курса, филиал Южно-Уральского государственного университета в

IT IS SPOKEN IN DETAIL THE DISTINCTIVE FEATURES OF WOODEN BEAMS REINFORCING WITH THE FIBERGLASS ARMATURE

candidate of Science, assistant professor, Dean of the faculty of engineering and technology, South Ural State University, Zlatoust branch, Russia, Zlatoust

senior lecturer, Department of industrial and civil construction, South Ural State

University, Zlatoust branch, Russia, Zlatoust

student, South Ural State University, Zlatoust branch, Russia, Zlatoust

Показана возможность и необходимость армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой для повышения несущей способности. Рассмотрены основные конструктивные и технологические особенности армирования элементов деревянных конструкций стеклопластиковой арматурой.

It is shown the ability and necessity of wooden beams reinforcing with the fiberglass armature to increase the load-carrying ability. It is discussed the main

constructional and technological distinctive features of elements of wooden structures reinforcing with the fiberglass armature.

Ключевые слова: деревянная балка; брус; несущая способность; повышение прочности; стеклопластиковая арматура; особенности армирования; схема армирования; создание преднапряженного состояния; технология непрерывного поточного армирования.

Keywords: wooden beam; load-carrying ability; strength improving; fiberglass armature; distinctive features of reinforcing; schematic view of reinforcing; creation of precompressed state; technology of continually productionizing reinforcing.

Рост темпов индивидуального строительства поднимает вопрос рационального использования материалов, сокращения себестоимости и повышения эксплуатационных характеристик конструкций. Наиболее популярным материалом, как для отделки помещений, так и возведения несущих элементов домов и прочих построек является древесина, которая обладает рядом неоспоримых преимуществ [3]. Использование древесины, как экологического материала, при сокращении материалоемкости и сохранении прочностных характеристик элементов деревянных конструкция является актуальной задачей [1].

склеивания материала 1-го сорта, а обладает той же прочностью в растянутой зоне, что и не стыкованная по длине древесина 3 сорта. Кроме данного способа на практике часто используют изготовление сборных балок по типу ферм [2]. Этот способ существенно повышает несущую способность деревянных конструкций, однако нарушает целостность и красоту массива древесины, поскольку требует скрытия сложного конструктива внутренней части.

Известен и способ армирования деревянных балок как стальной, так и стеклопластиковой арматурой [4]. При этом в литературе, для стальной арматуры, приводятся основные правила конструирования деревянных армированных балок:

• поперечное сечение балок конструируется, как правило, прямоугольным постоянной высотой, при экономическом обосновании — двутавровым или коробчатым;

• высота поперечного сечения назначается от 1/15 до 1/20 от длины балки, ширина сечения принимается с учетом существующего сортамента пиломатериалов;

• рекомендуется симметричное армирование в сжатой и растянутой зонах;

• рациональный процент армирования 1,2. 3,5 %.

Стеклопластиковая арматура (СПА) обладает рядом значительных преимуществ [5]:

• меньшая в 5 раз масса, по сравнению с металлической арматурой;

• высокая коррозионная стойкость;

• непрерывный цикл производство СПА любой строительной длины и др.

Проведенные исследования показали, что армированные металлическими

прутками деревянные балки обладают несущей способностью в 2 раза выше, по сравнения с клеедощатыми, и в три раза выше, чем балки составного сечения на податливых связях. При повышенной несущей способности армированные балки имеют наименьший прогиб при приложении максимальной нагрузки.

Для СПА, подобно металлической, разработаны методы и схемы армирования деревянных балок. Однако имея значительные преимущества,

производители строительных материалов сталкиваются с рядом специфических особенностей применения СПА для армирования деревянных балок, поэтому распространение такого, казалось бы, эффективного направления строительной отрасли не получает широкого распространения. Рассмотрим эти особенности.

1. Глянцевая поверхность арматуры. При использовании в качестве клеевой композиции эпоксидных или полиэфирных смол и затвердевании данного состава образуется глянцевая поверхность. Как показывают исследования, последующее клеевое сцепление с такой поверхностью имеет малую прочность, поэтому при использовании СПА и вклейке ее в деревянную балку целесообразно обработать ее, придав ей матовую поверхность. Данная технология широко известна, например, при бесцентровом шлифовании тонких прутков. Однако нужно учитывать, что обработка и снятие внешней навивки СПА является недопустимым в виду ее эксплуатационного назначения. Поэтому устройство зачистки поверхности должно учитывать шаг винтовой навивки и не допускать ее, хоть и незначительной обработки. Избежать негативного эффекта глянцевой поверхности можно на этапе производства СПА, укладывая ее в не затвердевшем состоянии в заранее обработанный паз деревянной балки. Однако вопросы натяжения и фиксации пропитанного клеем сплетенного ровинга, а затем и сушки при условии поточного производства вызывает массу сложных технических задач.

2. Фиксация арматуры в балке. Свойства клеевого состава для сцепления СПА и массива древесины должны обеспечивать прочность и возможность незначительного циклического деформирования балок без потери качества сцепки. Поэтому состав, условия сушки и объем необходимой клеевой массы требует тщательного изучения.

3. Схема армирования. При выборе схем армирования необходимо определить «золотую середину» между количеством, частотой расположения, геометрическими размерами армирующих элементов, прогнозируемым повышением прочностных характеристик и стоимостью готовой балки. Поэтому разработка, например, прикладного программного обеспечения для учета этих

факторов является необходимым условием решения вопроса активного перехода на технологию армирования.

4. Вскрытое расположение армирующих элементов. Поскольку работа ведется с массивом древесины, то армирование предполагает внешнюю закладку прутков в балку. Вопрос разработки технологии скрытия армирующих элементов для обеспечения высоких эстетических свойств является актуальной задачей. При этом необходимо учитывать внешнее расположение накладки, которая будет испытывать значительные деформации при восприятии балкой нагрузок и выбор метода и технологии крепления этого элемента, что требует проведения дополнительных исследований.

5. Низкий модуль Юнга. Как показывают практика при массе своих неоспоримых преимуществ, СПА обладает, однако относительно высокой податливостью при упругом изгибе. Это при известных схемах и технологиях армирования негативно сказывается на приросте прочностных характеристик армируемых балок.

Разработка эффективных способов и схем армирования является актуальной задачей в области современных конструкционных материалов и технологий их создания. Детальное решение вышеперечисленных вопросов, а также разработка технологий непрерывного поточного армирования при обеспечении плотного прижима и фиксации СПА во время сушки клеевого состава, проектирование операций зачистки поверхности содержащей армирующие элементы, создание преднапряженного состояния арматуры для повышения прочностных характеристик позволит эффективно использовать данный полифункциональный материал в строительной индустрии.

1. Линьков И.М. Снижение материалоемкости деревянных конструкций /

И.М. Линьков. М.: Стройиздат, 1974. — 48 с.

2. Металло-деревянная балка. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. —

3. Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП П-25-80) /ЦНИИСК им. Кучеренко. М.: Стройиздат, 1986. — 216 с.

4. Рощина С.И. Армированные деревянные конструкции / С.И. Рощина // Архитектура и строительство России. — № 3, — 2008. — С. 34—39.

5. Щуко В.Ю. Клееные армированные деревянные конструкции / В.Ю. Щуко, С.И. Рощина // Учебное пособие. Владимир, ВлГУ, 2008. — 82 с.

С. П. Максимов, Ю. Б. Башкова, А. И. Шкуркина, Е. П. Вшивков

Аннотация

Показана возможность и необходимость армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой для повышения несущей способности. Рассмотрены основные конструктивные и технологические особенности армирования элементов деревянных конструкций стеклопластиковой арматурой.

Анализ показывает, что основным недостатком древесины является ее неоднородность, ввиду наличия сучков. Для повышения эстетических и прочностных свойств используют удаление дефектных мест и сращивание. При этом используют распространенный вид клеевых соединений зубчатым шипом. В этом случае прочность при растяжении составляет 90 % не стыкованной древесины без пороков. Однако использование данного метода снижает прочность в виду того, что зубчатое соединение занимает всю площадь поперечного сечения и разрушение деревянной клееной конструкции происходит по нижнему растянутому слою. Таким образом, в изгибаемых элементах удаление пороков не повышает несущую способность за счет склеивания материала 1-го сорта, а обладает той же прочностью в растянутой зоне, что и не стыкованная по длине древесина 3 сорта. Кроме данного способа на практике часто используют изготовление сборных балок по типу ферм [2]. Этот способ существенно повышает несущую способность деревянных конструкций, однако нарушает целостность и красоту массива древесины, поскольку требует скрытия сложного конструктива внутренней части.

поперечное сечение балок конструируется, как правило, прямоугольным постоянной высотой, при экономическом обосновании – двутавровым или коробчатым;

высота поперечного сечения назначается от 1/15 до 1/20 от длины балки, ширина сечения принимается с учетом существующего сортамента пиломатериалов;

рекомендуется симметричное армирование в сжатой и растянутой зонах;

рациональный процент армирования 1,2. 3,5 %.

Стеклопластиковая арматура (СПА) обладает рядом значительных преимуществ [5]:

меньшая в 5 раз масса, по сравнению с металлической арматурой;

высокая коррозионная стойкость;

непрерывный цикл производство СПА любой строительной длины и др.

Проведенные исследования показали, что армированные металлическими прутками деревянные балки обладают несущей способностью в 2 раза выше, по сравнения с клеедощатыми, и в три раза выше, чем балки составного сечения на податливых связях. При повышенной несущей способности армированные балки имеют наименьший прогиб при приложении максимальной нагрузки.

Для СПА, подобно металлической, разработаны методы и схемы армирования деревянных балок. Однако имея значительные преимущества, производители строительных материалов сталкиваются с рядом специфических особенностей применения СПА для армирования деревянных балок, поэтому распространение такого, казалось бы, эффективного направления строительной отрасли не получает широкого распространения. Рассмотрим эти особенности.

Глянцевая поверхность арматуры. При использовании в качестве клеевой композиции эпоксидных или полиэфирных смол и затвердевании данного состава образуется глянцевая поверхность. Как показывают исследования, последующее клеевое сцепление с такой поверхностью имеет малую прочность, поэтому при использовании СПА и вклейке ее в деревянную балку целесообразно обработать ее, придав ей матовую поверхность. Данная технология широко известна, например, при бесцентровом шлифовании тонких прутков. Однако нужно учитывать, что обработка и снятие внешней навивки СПА является недопустимым в виду ее эксплуатационного назначения. Поэтому устройство зачистки поверхности должно учитывать шаг винтовой навивки и не допускать ее, хоть и незначительной обработки. Избежать негативного эффекта глянцевой поверхности можно на этапе производства СПА, укладывая ее в не затвердевшем состоянии в заранее обработанный паз деревянной балки. Однако вопросы натяжения и фиксации пропитанного клеем сплетенного ровинга, а затем и сушки при условии поточного производства вызывает массу сложных технических задач.

Фиксация арматуры в балке. Свойства клеевого состава для сцепления СПА и массива древесины должны обеспечивать прочность и возможность незначительного циклического деформирования балок без потери качества сцепки. Поэтому состав, условия сушки и объем необходимой клеевой массы требует тщательного изучения.

Схема армирования. При выборе схем армирования необходимо определить «золотую середину» между количеством, частотой расположения, геометрическими размерами армирующих элементов, прогнозируемым повышением прочностных характеристик и стоимостью готовой балки. Поэтому разработка, например, прикладного программного обеспечения для учета этих факторов является необходимым условием решения вопроса активного перехода на технологию армирования.

Вскрытое расположение армирующих элементов. Поскольку работа ведется с массивом древесины, то армирование предполагает внешнюю закладку прутков в балку. Вопрос разработки технологии скрытия армирующих элементов для обеспечения высоких эстетических свойств является актуальной задачей. При этом необходимо учитывать внешнее расположение накладки, которая будет испытывать значительные деформации при восприятии балкой нагрузок и выбор метода и технологии крепления этого элемента, что требует проведения дополнительных исследований.

Низкий модуль Юнга. Как показывают практика при массе своих неоспоримых преимуществ, СПА обладает, однако относительно высокой податливостью при упругом изгибе. Это при известных схемах и технологиях армирования негативно сказывается на приросте прочностных характеристик армируемых балок.

Список литературы:

Линьков И.М. Снижение материалоемкости деревянных конструкций / И.М. Линьков. М.: Стройиздат, 1974. – 48 с.

Пособие по проектированию деревянных конструкций (к СНиП П-25-80) /ЦНИИСК им. Кучеренко. М.: Стройиздат, 1986. – 216 с.

Рощина С.И. Армированные деревянные конструкции / С.И. Рощина // Архитектура и строительство России. – № 3, – 2008. – С. 34—39.

Щуко В.Ю. Клееные армированные деревянные конструкции / В.Ю. Щуко, С.И. Рощина // Учебное пособие. Владимир, ВлГУ, 2008. – 82 с.

Инструменты для статьи

Напечатать эту статью

Метаданные для индексирования

Как процитировать материал

СХЕМА АРМИРОВАНИЯ ДОЩАТОКЛЕЕНОЙ БАЛКИ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫМ ПРУТКОМ

Дагестанский государственный технический университет ; аспирант кафедры строительных конструкций и гидротехнических сооружений ;

Аннотация

В статье рассматривается возможность применения стеклопластика как альтернативного стали армирующего материала для повышения прочности деревянных клееных балок. Рассмотрены напряженно-деформированные состояния дощатоклееных балок с несимметричным и симметричным расположением арматуры и возникающие максимальные напряжения растяжения в нижней части балки. Выявлен нелинейный характер распределения величин касательных напряжений по длине симметрично армированной балки. Предложена эффективная схема армирования пролета балки прямолинейно, а в опорных зонах отгибать композитную арматуру под углом к волокнам древесины.

Ключевые слова

Полный текст:

Литература

Щуко В.Ю. Клееные армированные деревянные конструкции / В.Ю. Щуко, С.И.Рощина. – СПб.: ГИОРД, 2009. – 128 с.

Серов Е.Н. Проектирование деревянных конструкций / Е.Н. Серов, Ю.Д. Санников, А.Е. Серов. – М. : Изд-во АСВ, 2010. – 536 с.

Ирзаев Г.Г. Усиление деревянных клееных конструкций дисперсионным армированием полимерными материалами / Г.Г. Ирзаев // Актуальные проблемы механики в современном строительстве: сборник материалов межд. науч.-техн. конф. Пенза: ПГУАиС, 2014. – С. 99-102.

Водянников М.А. Анализ возможностей совместного применения углепластиков и клееной древесины, работающих в агрессивной среде / М.А. Водянников, Г.Г. Кашеварова // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. – 2016. – Т.1. – С. 62-70.

Петряев Н.Э. Экспериментально-теоретическое обоснование эффективности дисперсионного армирования клееных деревянных балок / Н.Э.Петряев, Ю.Б. Левинский // Системы. Методы. Технологии. – 2012. – № 2 (14). – С. 102-106.

Yusof Ahmad, Ductility of Timber Beams Strengthened Using Fiber Reinforced Polymer: Journal of Civil Engineering and Architecture. – USA. – May 2013. –№ 5 (Serial № 66). – V. 7. – PP. 535–544.

Преображенский А.И. Стеклопластики – свойства, применение, технологии / А.И. Преображенский // Главный механик. – 2010. – № 5. – С. 27-36.

Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений. 2-е изд., перераб. и доп. / А.С. Фрейдин. – М.: Химия, 1981. ‒ 272 с.

Устарханов О.М. Экспериментальные исследования несущей способности дощатоклееной балки, армированной специальным способом / О.М. Устарханов, Р.И. Вишталов, М.Х. Калиева, Т.О. Устарханов // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2013. – № 29. – С. 81-86.

Читайте также:

Армирование деревянной балки стеклопластиковой арматуры

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Башкова Юлия Борисовна, Вшивков Евгений Павлович

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Башкова Юлия Борисовна, Вшивков Евгений Павлович

EXPERIMENTAL STUDIES OF FIBERGLASS REINFORCEMENT’S WORK WHEN REINFORCING OF CONCRETE STRUCTURES

Текст научной работы на тему «Экспериментальные исследования работы стеклопластиковой арматуры при армировании бетонных конструкций»

IT IS SPOKEN IN DETAIL THE DISTINCTIVE FEATURES OF WOODEN BEAMS REINFORCING WITH THE FIBERGLASS ARMATURE

Текст научной работы на тему «Особенности армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой»

С. П. Максимов, Ю. Б. Башкова, А. И. Шкуркина, Е. П. Вшивков

Аннотация

Список литературы:

СХЕМА АРМИРОВАНИЯ ДОЩАТОКЛЕЕНОЙ БАЛКИ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫМ ПРУТКОМ

Аннотация

Ключевые слова

Полный текст:

Литература