Снижение прочности бетона

Многое зависит от того, как приложены усилия к колонне.

Если сжимающая сила приложена центрально или с малым эксцентриситетом (обычно, это колонны многоэтажных связевых каркасных зданий, внутренние колонны многопролетных одноэтажных зданий и мн. др.), то в таких колоннах все или почти все сечение сжато, и прочность бетона используется максимально (рис. 1, а).

Здесь снижение прочности бетона, по существу, равнозначно снижению несущей способности самих колонн (за вычетом несущей способности продольной арматуры).

Рис.1. Расчётная схема поперечного сечения.

Если сжимающая сила приложена с большим эксцентриситетом (крайние колонны некоторых одноэтажных зданий с мостовыми кранами, колонны крановых эстакад и др.), то в нормальных сечениях образуется значительная растянутая зона и в работу вступает растянутая арматура S (рис. 1, б).

Поэтому несущая способность колонн определяется моментом внутренней пары сил, плечо которой z зависит и от прочности бетона.

Однако зависимость эта — не прямая, и влияние прочности бетона на несущую способность колонн не столь велико, как у колонн первого типа, но всё же больше, чем у изгибаемых конструкций.

Очевидно, что контролю прочности бетона при изготовлении колонн следует уделять особо пристальное внимание.

Сборные колонны могут оказаться в аварийном состоянии и тогда, когда зимой, вскоре после термообработки, они были вывезены из цеха на открытый воздух и смонтированы на объекте (обычно отпускная прочность бетона при этом составляет не более 70% проектной).

Если монтаж здания ведется ускоренными темпами и завершается в течение зимы, то бетон не в состоянии набрать проектную прочность и несущая способность колонн может оказаться недостаточной для восприятия нагрузок от вышерасположенных этажей.

В подобных ситуациях следует заранее оговаривать с заводом-поставщиком отпускную прочность бетона и отражать ее в паспортах изделий.

Изменение положения рабочей арматуры

При сжатии с малыми эксцентриситетами увеличение или уменьшение защитного слоя оказывает не столь большое влияние на несущую способность колонн, как при сжатии с большими эксцентриситетами.

При сжатии с большими эксцентриситетами изменение положения рабочей арматуры непосредственно влияет на плечо внутренней пары сил, а значит, и на несущую способность — при увеличении защитного слоя уменьшает её, а при уменьшении увеличивает.

Однако уменьшение защитного слоя, как отмечено выше, чревато коррозией арматуры и снижением огнестойкости конструкций.

Большой шаг поперечных стержней

Разрушение сжатого бетона происходит в результате его поперечных деформаций.

Под их влиянием продольная арматура стремится выпучиться наружу, т.е. потерять устойчивость. Этому препятствует поперечная арматура, которая, согласно нормам проектирования, должна устанавливаться в сварных каркасах с максимальным шагом, равным 20 диаметрам продольной арматуры.

Если ее установить реже (или приварить некачественно), то произойдет преждевременная потеря устойчивости продольной арматуры, а вместе с ней и преждевременное разрушение колонны (рис. 2).

В равной мере это относится к арматуре сжатых стержней ферм и сжатой зоны балок.

Рис.2. Выпучивание бетона.

Смятие оголовков колонн

Причиной являются чрезмерные напряжения смятия в бетоне, возникающие при передаче нагрузки через небольшую площадь (центрирующие прокладки, торцевые ребра стальных балок и т. п.).

Повысить сопротивление бетона смятию можно с помощью сеток косвенного армирования, устанавливаемых в оголовках колонн, а снизить напряжения смятия можно с помощью толстых стальных листов с анкерами (распределительных подушек), устанавливаемых взамен обычных закладных деталей.

В любом случае, принимаемое конструктивное решение необходимо проверять расчетом, ибо показанная на рис. 3 схема разрушения колонны — не плод фантазии автора, а факт, неоднократно имевший место в действительности.

Рис.3. Смятие бетона колонны.

Некачественное обетонирование выпусков арматуры в стыках колонн

Выпуски арматуры размещаются в выемках, которые ослабляют поперечное сечение колонн.

После сварки арматурных стержней выемки заделывают бетоном — чтобы не только защитить арматуру от коррозии, но, главным образом, чтобы восстановить полное расчетное сечение колонны.

В связи с этим и прочность монолитного бетона стыков принимается не ниже прочности бетона стыкуемых колонн.

При некачественном обетонировании — низкой прочности бетона или плохом его уплотнении — нагрузка в стыке воспринимается не всем сечением, а только его частью, что вызывает чрезмерно высокие напряжения, приводит к раздавливанию бетона колонн вблизи стыка (обычно, уже в процессе эксплуатации здания) и аварийному состоянию конструкций.

Устранение этого опасного дефекта — мероприятие весьма дорогостоящее. Между тем, проконтролировать качество обетонирования достаточно легко в процессе строительства, да и устранить этот дефект в строящемся здании намного проще, чем в эксплуатируемом.

Перекос закладных деталей соединяемых колонн

При перекосе закладных деталей опирание верхней конструкции становится неустойчивым.

Во избежание этого, монтажники устанавливают дополнительные прокладки, которые зачастую выполняют из арматурных стержней или узких пластин.

В итоге, нагрузка передается по небольшой площади, что вызывает значительные местные напряжения сжатия (смятия) и образование трещин раскалывания (рис. 4).

Рис.4. Перекос закладных деталей: 1 — верхняя колонна, 2 — колонна, 3 — прокладка, 4 — трещины.

Конечно, подобные изделия следует считать браком и возвращать их на завод-изготовитель.

Если по каким-то причинам бракованные конструкции приходится монтировать, то прокладки нужно выполнять таким образом (например, из клиновидных или набора тонких пластин), чтобы обеспечить равномерное распределение опорных реакций.

В колоннах, работающих на сжатие с большими эксцентриситетами, не только образуется растянутая зона, но и могут появиться поперечные трещины.

Сами по себе трещины опасности для таких колонн не представляют, все зависит от их длины и ширины раскрытия, а также от сочетания нагрузок в момент их обнаружения.

Например, при определенных сочетаниях все сечение колонны по расчету может быть сжато, и если при этом трещины не закрываются, то данный факт свидетельствует о неблагополучном состоянии конструкции. Причиной образования поперечных трещин может быть и небрежность при перевозке, складировании или монтаже.