Рекомендации по оценке несущей способности сжатых железобетонных элементов с доэксплуатационными трещинами

(утв. НИИЖБ Госстроя СССР 11.05.1986)

Утверждены директором НИИЖБ 11 мая 1986 года

(НИИЖБ)

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ДОЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ТРЕЩИНАМИ

Печатаются по решению секции бетонных и железобетонных конструкций НТС НИИЖБ Госстроя СССР от 21 марта 1986 г.

Рекомендации содержат основные положения по оценке фактической несущей способности сжатых железобетонных элементов и конструкций, имеющих доэксплуатационные трещины.

Рекомендации предназначены для научных и инженерно-технических работников проектных, исследовательских и производственных организаций.

Табл. 3, илл. 4.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В железобетонных конструкциях и элементах наиболее распространенным дефектом являются трещины. Они могут повлиять на прочностные и деформационные характеристики конструкций и сооружений в целом, снизить коррозионную стойкость и т.д. Довольно часто трещины появляются в конструкциях и элементах, работающих на сжатие как в доэксплуатационный период, так и в процессе их эксплуатации.

Настоящие Рекомендации составлены с целью применения при оценке фактической несущей способности сжатых железобетонных элементов и конструкций, которые имеют доэксплуатационные трещины, образующиеся при изготовлении, транспортировании, складировании и монтаже конструкции.

Рекомендации разработаны НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. Н.А. Маркаров, инж. О.В. Хромых).

Замечания и предложения по содержанию Рекомендаций просим направлять в НИИЖБ Госстроя СССР по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

Дирекция НИИЖБ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации распространяются на сжатые железобетонные элементы и конструкции, запроектированные согласно нормативным документам.

1.2. Требования настоящих Рекомендаций распространяются на элементы без предварительного напряжения, запроектированные при условии \xi>\xi_{R} и имеющие:

а) квадратное или прямоугольное поперечное сечение;

б) нормальные или наклонные, или нормальные и наклонные трещины в сжатой зоне;

в) общее количество трещин не более 10 при a_{\text{т}} \leq 0,5\text{мм} ;

г) наклонные трещины с углом наклона к продольной оси элемента не менее 45°;

1.3 Доэксплуатационные трещины в конструкциях и элементах появляются при следующих операциях:

распалубке;

кантовании;

подъеме и опускании;

транспортировании;

складировании;

монтаже.

1.4. Группы трещин, классифицированных по виду и характеру распространения, приведены в табл. 1.

1.5. Виды трещин, различающихся по характеру развития в сжатых элементах, представлены в табл. 2.

1.6. В разделе 4 настоящих Рекомендаций даны предложения по методам заделки трещин с целью восстановления несущей способности сжатых железобетонных элементов.

Таблица 1

Наименование группы трещин	Эскиз	Характеристика трещин
1	2	3
1. По направлению к оси элемента
а) нормальные		75^{\circ}<\varphi \leq 90^{\circ}
б) наклонные		15^{\circ} \leq \varphi \leq 75^{\circ}
в) продольные		0 \leq \varphi<15^{\circ}
2. По глубине проникания в тело бетона
а) поверхностные		На глубину не более толщины защитного слоя арматуры
б) несквозные		Не полностью пересекают сечение элемента
в) сквозные		Полностью пересекают сечение элемента
3. По длине распространения на поверхности элемента
а) угловые короткие		Проходят по двум смежным сторонам на расстоянии не более 0,5h и 0,5b
б) угловые длинные		Проходят по двум смежным сторонам на расстоянии более 0,5h и 0,5b (вид 1). Для расчета такие трещины приводят к виду 2
в) трехсторонние короткие		Проходят по одной стороне и продолжаются на двух боковых смежных поверхностях не более чем на 1/3 их высоты (вид 1). Для расчета такие трещины приводят к виду 2
г) трехсторонние длинные		Проходят по одной стороне и продолжаются на двух боковых смежных поверхностях более чем на 1/3 их высоты, но не более величины h_{\text{т}} , h_{\text{т}}<h - a (вид 1). Для расчета такие трещины приводят к виду 2
д) трехсторонние		Проходят по одной боковой поверхности на расстоянии менее 1/3h, а по другой боковой поверхности — на расстоянии более 2/3h. Для расчета такие трещины приводят к виду 2
е) четырехсторонние (замкнутые)		Охватывает все боковые поверхности. К замкнутым относят трехсторонние длинные трещины при распространении их на боковых поверхностях на величину h_{\text{т}} \geq h - a
4. По ширине раскрытия
а) волосные		a_{\text{т}} \leq 0,1\text{мм}
б) мелкие		a_{\text{т}} \leq 0,3\text{мм}
в) средние		a_{\text{т}} \leq 0,3 - 0,5\text{мм}
г) большие		a_{\text{т}} = 0,5 - 1,0\text{мм}
д) значительные		a_{\text{т}}>1,0\text{мм}

Вид трещин	Схема трещин	Возможный характер развития трещин (N поз. по табл. 1)
С параллельными стенками		1, а, б 2, в 3, е 4
Клиновидная		1, а, б 2 3 4
Несколько клиновидных в одном сечении элемента		1, а, б 2, б, в 3, е 4
Клиновидные внахлестку		То же
Веретенообразная		1, а, в 2, а 4
Параллельные (непараллельные)		1, а, б 2, а, б, в 3 4
Пересекающиеся		1, а, б, в 2 3 4
В виде сетки трещин		1, а, б, в 2, а 4

2. ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ЭЛЕМЕНТОВ С ДОЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ТРЕЩИНАМИ

2.1 Несущую способность элемента с трещинами N_{\text{тр}} определяют по формуле

N_{\text{тр}} = N^{\text{расч}} \cdot K_{\text{т}} ,

где N^{\text{расч}} — расчетная несущая способность сжатого элемента без трещин согласно нормативным документам;

K_{\text{т}} — коэффициент снижения прочности при наличии трещин.

Зависимость K_{\text{т}} от вида трещин, ширины раскрытия трещин, относительно эксцентриситета сжимающей силы e_{0}/h и отношения длины распространения трещин на поверхности к размеру сечения h_{\text{т}}/h (или b_{\text{т}}/b ) приведена на рис. 3, 4 Приложения настоящих Рекомендаций. Графики даны для h_{\text{т}}/h \geq 0,15 ; при h_{\text{т}}/h<0,15 коэффициент K_{\text{т}} следует принимать равным единице.

2.2. Основными характеристиками трещин являются: средняя ширина раскрытия трещин на поверхности бетона a_{\text{т}} ; величина отношения приведенной длины распространения трещины по сечению к полному линейному размеру сечения ( h_{\text{т}}/h или b_{\text{т}}/b , см. табл. 1, поз. 3).

2.3. Величину средней ширины раскрытия трехсторонней трещины (см. табл. 1, поз. 3, б, в, г, д) определяют как среднее арифметическое трех измерений: максимальной ширины раскрытия трещины и ширины раскрытия трещины в местах расположения угловой продольной рабочей арматуры.

2.4. Величину средней ширины раскрытия четырехсторонней трещины (см. табл. 1, поз. 3, е) определяют как среднее арифметическое результатов измерений a_{\text{т}} по четырем сторонам сечения элемента.

2.5. Ширину раскрытия трещин рекомендуется измерять при помощи трафаретов, измерительных луп, микроскопов с ценой делений 0,05 мм.

2.6. Длину трещины на поверхности h_{\text{т}} (или b_{\text{т}} ) измеряют от начала трещины до ее места с шириной раскрытия 0,05 мм.

2.7. Величину приведенной длины наклонной трещины по сечению определяют как проекцию ее на ось, перпендикулярную продольной оси элемента.

2.8 При наличии в элементе только нормальных трехсторонних трещин определяют следующие величины:

ширину раскрытия трещин a_{\text{т}} ;

величину приведенной длины каждой трещины.

Расчет ведут по максимальной ширине раскрытия и по максимальной величине h_{\text{т}} , если она отличается от остальных более чем в два раза. В противном случае находят среднее значение по всем величинам приведенных длин. В том случае, если максимальные значения a_{\text{т}} и h_{\text{т}} принадлежат разным трещинам, необходимо определить значение коэффициента K_{\text{т}} для этих случаев и принять меньшую величину.

2.9 При наличии в элементе только нормальных четырехсторонних трещин определяют:

2.11. При наличии нормальных трех- и четырехсторонних трещин расчет ведут для последних в случае, если ширина их раскрытия и длина распространения превышают аналогичные величины трехсторонних трещин более чем в 2 раза. Расчет ведут по четырехсторонним трещинам и в том случае, если их число не менее двух.

2.12. Односторонние (нормальные, наклонные и продольные) поверхностные трещины, распространяющиеся в пределах толщины защитного слоя бетона, а также угловые короткие трещины (см. табл. 1, поз. 3, а), независимо от их ширины раскрытия, не снижают несущую способность сжатых элементов и конструкций.

2.13. Примеры оценки несущей способности конструкций, имеющих трещины, даны в разделе 3 настоящих Рекомендаций.

3. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Пример 1. После изготовления в результате разности температурных деформаций формы и бетона, а также низкой температуры в цехе в колонне марки КФ-42-3У образовались технологические трещины (рис. 1).

Номер трещины	a_{\text{т}}^{max} , мм	h_{\text{т}1} , см	b_{\text{т}} , см	h_{\text{т}2} , см	h_{\text{т}} , см	h_{\text{т}}/h
Тр-1	0,20	16	40	13	16	0,40
Тр-2	0,20	18	40	18	18	0,45
Тр-3	0,40	19	40	11	19	0,47
Тр-4	0,35	18	40	16	18	0,45
Тр-5	0,30	17,5	40	15	17,5	0,44
Тр-6	0,40	17	36	-	-	-
Тр-7	0,10	18	40	12	18	0,45
Тр-8	0,05	16,5	25	-	-	-

Решение

Рассмотрим трещины Тр-6 и Тр-8 (см. табл. 1, поз. 3, б) h_{\text{т}}^{6} = \frac{17 + 36 - 40}{2} \simeq 6,5\text{см} ; h_{\text{т}}^{8} = \frac{16,5 + 25 - 40}{2} \simeq 0,8\text{см} ; \frac{h_{\text{т}}^{6}}{h} = \frac{6,5}{40} = 0,10 , \frac{h_{\text{т}}^{8}}{h} = \frac{0,8}{40} = 0,02 , что меньше \frac{h_{\text{т}}}{h} = 0,15 , согласно п. 2.1 настоящих Рекомендаций в этом случае коэффициент K_{\text{т}} = 1 . Следовательно, трещины Тр-6 и Тр-8 не снижают несущую способность и в дальнейшем расчете не участвуют.

По данным табл. 3 находим a_{\text{т}}^{max} = 0,40\text{мм} и (\frac{h_{\text{т}}}{h})_{\text{ср}} = 0,443 .

Колонна работает в проектном положении со случайным эксцентриситетом.

По графику рис. 3, а (см. Приложение настоящих Рекомендаций) определяем K_{\text{т}} для оставшихся трещин. При a_{\text{т}} = 0,40\text{мм} и \frac{h_{\text{т}}}{h} = 0,443 K_{\text{т}} = 0,858 .

N_{\text{тр}} = 3635,6 \cdot 0,858 = 3119,3\text{кН} .

Пример 2. В результате резкого подъема колонны (отрыв колонны от формы) при распалубке в ней образовались трещины (рис. 2).

При действии постоянных и кратковременных нагрузок для колонны без трещин имеем

M_{\text{внут}.\text{усил}}^{\text{расч}} = 457\text{кН } \cdot \text{м }>M_{\text{внешн}.\text{сил}}^{\text{расч}} = 403\text{кН } \cdot \text{м} .

В данном примере: \frac{l}{b} = \frac{420}{40} = 10,5<15 . Расчет ведем для наиболее опасной наклонной трещины Тр-1.

\varphi_{\text{тр} - 1} = 55^{\circ} ; 15^{\circ}<\varphi_{\text{тр} - 1}<75^{\circ} (см. п. 1.2 и табл. 1, поз. 1, б). Приведенную длину распространения трещины находим согласно п. 2.7 настоящих Рекомендаций

b_{\text{т}2} = 240 \cdot cos(90^{\circ} - 55^{\circ}) = 240 \cdot 0,819 = 197\text{мм} ;

b_{\text{т}} = \frac{238 + 197}{2} \simeq 218\text{мм} ; \frac{b_{\text{т}}}{b} = \frac{218}{400} = 0,55 .

Для наклонных трещин в случае приложения нагрузки со случайным эксцентриситетом по графику рис. 4, а Приложения настоящих Рекомендаций при a_{\text{т}} = 0,1\text{мм} и b_{\text{т}}/b = 0,55 находим величину коэффициента K_{\text{т}} = 0,94 .

Тогда M_{\text{внут}.\text{усил}}^{\text{расч}} \cdot K_{\text{т}} = 457 \cdot 0,94 = 430\text{кН } \cdot \text{м }>M_{\text{внешн}.\text{сил}}^{\text{расч}} = 403\text{кН } \cdot \text{м} .

Следовательно, несущая способность колонны с трещинами достаточна.

4. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО МЕТОДАМ ЗАДЕЛКИ ТРЕЩИН

4.1. Для сжатых железобетонных элементов с трещинами следует использовать специальные приемы восстановления несущей способности, например, неглубокие трещины до 5 см и шириной раскрытия более 0,3 мм можно инъецировать цементными растворами на расширяющемся цементе с предварительной расшивкой и промывкой трещин; трещины шириной раскрытия 0,1 мм и более — заполнять различными полимерсоставами.

4.2. Ремонт конструкции предусматривает также выполнение (в случае необходимости) работ по оштукатуриванию и окраске конструкций с целью придания им соответствующего эстетического вида с учетом их эксплуатационного назначения.

1 — a_{\text{т}} = 0,05\text{мм} ; 2 — a_{\text{т}} = 0,1\text{мм} ; 3 — a_{\text{т}} = 0,15\text{мм} ; 4 — a_{\text{т}} = 0,2\text{мм}

---