Армирование деревянной балки стеклопластиковой арматуры
Как я сам себе построил дом. Часть 3. Межэтажное перекрытие и армопояс.
В этой статье я хочу поделиться с вами о том, как я делал межэтажное перекрытие и армированный пояс в своём доме. Дело в том, что я допустил несколько ошибок при строительстве, которые усложнили дальнейшие работы, но и нестандартные решения, положительно сказавшиеся на дальнейшей эксплуатации, тоже были и я просто обязан рассказать о них.
Устройство армированного пояса.
Опалубку армопояса я делал из полос нарезанного ОСП (ориентированно-стружечной плиты), крепил её саморезами к верхнему ряду газобетонного блока. Для гидроизоляции оббил рубероидом. Армирование делал из стеклопластиковой арматуры. Удачным решением, для создания неподвижного каркаса было забивание вертикальных стержней арматуры в кладку из блоков. Я сверлил отверстие 6 мм сверлом, и забивал в него 8 мм арматуру. Забивается легко, держится хорошо, по крайней мере можно быть уверенным о сохранение положения арматуры в момент заливки бетоном. Сечение армопояса получилось 300х100 мм, объём по периметру составил 0,9 м.куб. Бетон замешивал в бетономешалке и заливал ведрами, на всё про всё ушло три дня, два дня ушло на устройство опалубки и вязку арматуры, один день на заливку бетона.
Устройство армированного пояса Устройство армированного поясаЧуть не забыл, пред заливкой бетона блоки надо обязательно обильно смочить, иначе они очень быстро высосут воду из бетона, и он не наберёт расчётную прочность. Где был мой просчёт. Бетон, как известно, хороший проводник тепла, и хорошим решением было бы проложить во внешней стороне армированного пояса 5 см. полистирола, он послужил бы хорошим теплоизолятором, а при заливки был бы внешней опалубкой. Но я этого не сделал и теперь армопояса требует дополнительного утепления, притом большего чем остальная поверхность стены, а значит нужно будет это как-то обыгрывать для придания эстетического внешнего вида.
Междуэтажное перекрытие.
После того завершения работ по устройству армированного пояса, я приступил к монтажу межэтажного перекрытия. Прикрытие было решено делать по деревянным балкам, сечение балок я выбрал 200х100 мм, с шагом 600 мм, и здесь я ошибся с шагом раскладки, объясню почему. Я разложил деревянные балки с расстоянием 600 мм между балками, и в последствии спустя один год при монтаже шумоизоляции перекрытия был обнаружен неприятный момент. Деревянные балки высохли и расстояние между ними стало не 600 мм, а 610-620 мм, и стандартные листы минеральной ваты ложились, оставляя зазор, поэтому приходилось укладывать их перпендикулярно, подрезая, собирая из кусочков. Короче говоря, мучение какое-то. Сократил бы расстояние при монтаже балок до 580-570 мм всё было бы куда проще устроить шумоизоляцию межэтажного перекрытия. Возьмите на вооружение.
Межэтажное перекрытие по деревянным балкам Межэтажное перекрытие по деревянным балкамПо балкам я настелил доску толщиной 30 мм и для дополнительного шумоизоляционного эффекта придумал следующее, как мне кажется инновационное решение. В частности, меня всегда напрягал шум шагов по второму этажу, который практически не как не приглушала обычная шумоизоляция, и я перед тем, как застилать пол фанерой, проложил слой из подложки для ламината, получился своеобразный пирог. По моим расчётам, подложка должна была служить как виброгаситель, и это сработало. Шум шагов стал глухой, а после того, как был уложен ламинат, соответственно тоже на подложку, шагов почти не слышно, что весьма не свойственно для деревянных перекрытий.
В завершении этой статьи хочу поделиться с вами некоторыми секретами, которые опробовал при строительстве межэтажного перекрытия в своём доме. Перед тем как забивать гвозди подержите их в воде, и забитые в дерево они покрываются коррозией и это не даст им расшатываться, а значит и скрипеть они не будут. Если будете укладывать фанеру, оставляйте между листами зазор в 1-2мм, так листы не упрутся друг в друга при расширении от набора влаги и не будут создавать неприятный звуки при хождении по ним.
Спасибо за проявленный интерес. Буду рад вашим оценкам и новым подписчикам, и обещаю рассказать вам о всём с чем столкнулся при строительстве и ошибках, которые были выявлены позже.
Особенности армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
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 .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Башкова Юлия Борисовна, Шкуркина Анна Игоревна, Вшивков Евгений Павлович
Экспериментальные исследования работы стеклопластиковой арматуры при армировании бетонных конструкций Инженерный метод расчета повышения несущей способности цельнодеревянных балокустановкой стержневой арматуры в растянутой зоне Влияние циклов замораживания-оттаивания на несущую способность и деформативность полимербетонных балок Экспериментальные исследования усиления цельнодеревянных балок стержневой арматурой в растянутой зоне Экспериментальные исследования клеефанерных армированных балок i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.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
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].
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.
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;
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.• 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.
Экспериментальные исследования работы стеклопластиковой арматуры при армировании бетонных конструкций Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»
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 .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Максимов Сергей Павлович, Башкова Юлия Борисовна, Вшивков Евгений Павлович
Пути повышения модуля упругости композитной арматуры Влияние циклов замораживания-оттаивания на несущую способность и деформативность полимербетонных балок Исследование влияния температурного воздействия на работу стеклопластиковой арматуры в бетонных конструкциях Сравнительная оценка результатов испытаний бетонных балок с композитной арматурой и расчетных данных Экспериментальные исследования изгибаемых элементов с полимеркомпозитной арматурой i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.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.
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.
Ключевые слова: бетонная балка, несущая способность,
стеклопластиковая, композитная арматура, прочностные характеристики, деформация, разрушение, экспериментальные исследования, область рационального использования.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.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
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.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
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.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.
ОСОБЕННОСТИ АРМИРОВАНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРОЙ
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.
ABSTRACT
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 хаpaктеристик 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 хаpaктеристик элементов деревянных конструкция является актуальной задачей [1].
Анализ показывает, что основным недостатком древесины является ее неоднородность, ввиду наличия cyчков. 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 пpaктике 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 хаpaктеристик 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 пpaктика 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 хаpaктеристик 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 хаpaктеристик позволит эффективно использовать данный полифункциональный материал в строительной индустрии.
Особенности армирования деревянных балок стеклопластиковой арматурой
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.
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].
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.
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.
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.
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.
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.
Читайте также: