2.3. Трещины в железобетонных конструкциях

Трещины в железобетонных конструкциях эксплуатируемых зданий встречаются достаточно часто, являясь следствием ряда причин. Они могут возникать как от силового воздействия на конструкции, так и в результате температурных и усадочных напряжений в бетоне.

Ввиду большого разнообразия, трещины обычно разделяются по следующим признакам:

причине возникновения:

  • а) трещины от внешних силовых воздействий при эксплуатации конструкции Т;
  • б) трещины от силового воздействия при неправильном складировании, перевозке и монтаже конструкции Тм;
  • в) трещины от силового воздействия при обжатии бетона предварительно-напряженной арматурой Тo;
  • г) трещины технологические (от усадки бетона, плохого уплотнения бетонной смеси, неравномерного паропрогрева, жесткого режима тепловлажностной обработки бетона) Ту;
  • д) трещины, образовавшиеся в результате коррозии арматуры, Тк;

значению:

  • а) трещины, указывающие на аварийное состояние конструкции;
  • б) трещины, увеличивающие водопроницаемость бетона (в резервуарах, трубах, стенах подвала);
  • в) трещины, снижающие долговечность конструкции из-за интенсивной коррозии арматуры (бетона);
  • г) трещины "обычные", не вызывающие опасений в надежности конструкции (ширина раскрытия "обычных" трещин не должна превышать величин, указанных в [6, табл. 21]).

Исследуя характер распространения и раскрытия видимых трещин, в большинстве случаев можно определить причину их образования, а также оценить степень опасного состояния конструкции.

35

Трещины от силового воздействия обычно располагаются перпендикулярно действию главных растягивающих напряжений. Основные виды "силовых" трещин представлены в табл. 2.1.

Усадочные трещины в плоских конструкциях распределяются хаотично по объему, а в конструкциях сложной конфигурации концентрируются в местах сопряжения элементов (узлы ферм; сопряжение полки и ребер в плитах, двутавровых балках и т.д.). Трещины от коррозии проходят вдоль корродируемых арматурных стержней.

Таблица 2.1

Трещины в железобетонных конструкциях

Вид трещин Форма трещин Элементы конструкций
Сквозная клиновидная Внецентренно растянутые элементы
Сквозная внахлестку Внецентренно растянутый нижний пояс безраскосной фермы
Несквозная клиновидная Изгибаемые и внецентренно сжатые элементы
Сквозная с параллельными стенками Центрально-растянутые элементы раскосных ферм
Замкнутая наклонная Приопорная зона изгибаемых элементов
Несквозная продольная Предварительно напряженные элементы в зоне заанкеривания арматуры. Сжатые элементы

Трещины в плитах перекрытий

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи обнаружения трещин в железобетонных перекрытиях промышленных зданий, которые, как правило, работают в сложных условиях, испытывая технологические перегрузки, ударные и вибрационные воздействия, разрушающее влияние технических масел и других агрессивных сред, что приводит к их быстрому износу, а следовательно, и появлению трещин. Как видно из рис. 2.8, характер трещин, обусловленных силовым воздействием, зависит от статической схемы плиты перекрытия: вида и характера действующей нагрузки, способов армирования

36

и соотношения пролетов. При этом трещины располагаются перпендикулярно главным растягивающим напряжениям.

Причинами широкого раскрытия "силовых" трещин обычно являются перегрузка плиты, недостаточное количество рабочей арматуры или неправильное ее размещение (сетка смещена к нейтральной оси). Если ширина раскрытия трещин превышает 0,3 мм, плиты усиливаются методом наращивания с дополнительным армированием. В местах приложения больших сосредоточенных сил усиливается зона, воспринимающая нагрузку, для чего используются различные распределительные устройства (стальные листы, балки, густоармированная набетонка и пр.).

Трещины в балках с обычным армированием

Характерным для балок является образование нормальных (вертикальных) и наклонных (косых) трещин на боковой поверхности, причем нормальные трещины возникают в зоне действия наибольших изгибающих моментов, а наклонные - в зоне действия наибольших касательных напряжений, вблизи опор.

Картина трещинообразования балок в основном зависит от статической схемы, вида поперечного сечения и напряженного состояния. На рис. 2.9, а, б показаны "силовые" трещины в однопролетной и многопролетной балках прямоугольного сечения. Характерно, что нормальные трещины имеют наибольшую ширину раскрытия у растянутой грани, в то время как наклонные - вблизи центра тяжести сечения.

Нормальные трещины с шириной раскрытия более 0,5 мм обычно свидетельствуют о перегрузке балки или недостаточном ее армировании продольной рабочей арматурой.

Наклонные трещины, особенно в зоне заанкеривания рабочей продольной арматуры, считаются наиболее опасными, так как могут привести к внезапному обрушению балки. Причинами образования и раскрытия наклонных трещин часто служат низкий класс бетона, большой шаг поперечной арматуры, низкое качество сварки поперечных и продольных стержней.

37

Рис. 2.8. "Силовые" трещины на потолочной поверхности плит, нагруженных равномерно распределенной (а, б, в, г) и сосредоточенной (д) нагрузками:<br>а - опирание плиты по двум сторонам; б - опирание плит по трем сторонам; в - опирание плит по четырем сторонам при l1/l2>2; г, д - опирание плит по четырем сторонам при l1/l2<2
Рис. 2.8. "Силовые" трещины на потолочной поверхности плит, нагруженных равномерно распределенной (а, б, в, г) и сосредоточенной (д) нагрузками:
а - опирание плиты по двум сторонам; б - опирание плит по трем сторонам; в - опирание плит по четырем сторонам при l1/l2>2; г, д - опирание плит по четырем сторонам при l1/l2<2
 
 

38

Трещины в предварительно напряженных балках

Балки, армированные высокопрочной арматурой классов A-V, A-VI, B-II, К-7, изготавливаются предварительно напряженными с повышенными требованиями к трещиностойкости, поэтому появление в них широко раскрытых трещин всегда свидетельствует либо о серьезных технологических недоработках, либо о перегрузках. На рис. 2.9,в показаны характерные трещины в предварительно напряженной стропильной балке, в табл. 2.2 представлены возможные причины образования чрезмерно раскрытых трещин.

При оценке эксплуатационной пригодности обследуемых балок важным показателем является ширина раскрытия силовых трещин. Следует однако отметить, что действующие нормы, регламентируя ширину трещин с позиции долговечности конструкции, игнорируют тот факт, что она является, кроме того, и показателем напряженного состояния сечения.

На кафедре строительных конструкций ПГАСА разработан метод обследования балок, базирующийся на новых представлениях о параметрах трещинообразования, где ширина нормальных трещин, расстояние между ними, а так же прогиб балки играют определяющую роль. При этом обработка результатов обследования состоит из следующих этапов:

  • - по формуле аcrc = Rsulcrcφl /Es определяется максимально допустимая безопасная ширина раскрытия трещин, аcrc которая сопоставляется с фактически измеренной, acrc,f. Если acrc,f < аcrc, то переходят к следующему этапу;
  • - по формуле ξ = acrc,f /lcrcφl находится средняя деформация арматуры на участке с трещинами;
  • - по формуле l/r = φ(f) вычисляется кривизна элемента, как функция от прогиба;
  • - по формуле ξb = [(l/r)h0 - ξ] /φl определяется относительная деформация сжатия бетона в сечении с трещиной;
  • - по графикам расчетных диаграмм состояний бетона и арматуры определяются уровни соответствующих напряжений и формулируется вывод о степени опасности напряженного состояния сечения в целом.

39

Рис.2.9. Трещины на боковой поверхности балок: а, б - с обычным армированием; в - предварительно напряженных; 1 - 8 - технологические и "силовые трещины (см. табл.2.2.)
Рис.2.9. Трещины на боковой поверхности балок:
а, б - с обычным армированием; в - предварительно напряженных; 1 - 8 - технологические и "силовые трещины (см. табл.2.2.)

40

Таблица 2.2

Трещины в балках (к рис. 2.9)

Номера
трещин
Возможные причины образования трещин
1 Недостаточное напряжение балки: малая величина натяжения арматуры, большие потери предварительного напряжения.
Перегрузка балки по нормальному сечению
2 Брак при изготовлении: низкий класс бетона, большой шаг поперечной арматуры, плохое приваривание поперечных стержней к продольным.
Перегрузка балки по наклонному сечению
3 Низкий класс бетона.
Перегрузка балки по нормальному сечению
4 Нарушение анкеровки предварительно напряженной арматуры: низкий класс бетона, недостаточная прочность бетона на момент обжатия
5 и 6 Отсутствие косвенного армирования в зоне заанкеривания предварительно напряженной арматуры.
Низкая прочность бетона на момент обжатия
7 Недостаточное косвенное армирование.
Соединение сваркой закладных деталей смежных балок в нарушение расчетной схемы
8 Перегрузка балки по нормальному сечению.
Недостаточное количество рабочей арматуры

Для балок, армированных стержнями из мягкой стали с площадкой текучести, уровень достигнутых напряжений σb /Rbп ≤ 0,85 считается не опасным, и балки могут эксплуатироваться с пониженной до расчетной величины нагрузкой без усиления. При уровне напряжений σb /Rbп > 0,85 требуется усиление нормального сечения.

Оценка напряженного состояния балок по результатам натурного обследования является достаточно перспективной и при условии дальнейшего накопления экспериментальных данных, включающих длительные испытания, многорядное положение рабочих стержней, предварительное напряжение, может использоваться в проверочных расчетах.

41

Трещины в колоннах

Картина трещин в колоннах (рис. 2.10, а, б) главным образом зависит от вида внецентренного сжатия и характера действующих нагрузок. Кроме того, заметное влияние оказывают технологические параметры: прочность бетона, качество армирования, условия твердения и пр. При больших эксцентриситетах приложения нагрузки в растянутой зоне могут образовываться широкораскрытые горизонтальные трещины поз. 1, свидетельствующие о перегрузке колонны или ее недостаточном армировании. При малых эксцентриситетах появляются вертикальные трещины поз. 2, являющиеся следствием перегрузки ствола колонны или низкого класса бетона. Появление вертикальных "силовых" трещин часто провоцируется усадочными, совпадающими с ними по направлению.

Низкое качество сварного соединения продольных и поперечных стержней или слишком большой шаг поперечной арматуры приводят к потере устойчивости сжатых продольных стержней и появлению трещин поз. 3. Отсутствие косвенного армирования в зоне концентрации сжимающих напряжений у верха колонны вызывает образование вертикальных трещин поз. 4. О недостаточном армировании, или явной перегрузке консоли, свидетельствуют трещины поз. 5 и 6.

Ствол колонны с "силовыми" трещинами, как правило, усиливается железобетонной или стальной обоймой, а консоль с помощью затяжек, конструкция которых приводится ниже.

Следует отметить, что представленная на рис. 2.10 картина трещин не исчерпывает всего их многообразия в колоннах эксплуатируемых зданий. Трещины могут появляться в результате динамических воздействий при перемещении мостового крана, от ударов негабаритными грузами, просадок грунта в основании фундаментов, поэтому при формулировании окончательных выводов о степени опасности трещин требуется тщательный и всесторонний анализ.

Трещины в стропильных фермах

Трещинообразование в стропильных фермах обусловлено особенностью их статической работы как пространственных конструкций. Соединение элементов фермы в узлах создает предпосылки для концентрации в них разнородных по знаку и характеру напряжений: сжимающих, растягивающих, касательных. В результате концентрации напряжений узлы подвержены наиболее интенсивному трещинообразованию и требуют значительного расхода арматуры.

42

Большие растягивающие усилия в нижнем поясе приводят к появлению сквозных вертикальных трещин, а сжимающие усилия в верхнем поясе - к появлению несквозных горизонтальных трещин.

Картина трещинообразования в раскосной стропильной ферме сегментного очертания представлена на рис. 2.10, в; характеристика трещин дана в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Трещины в стропильных фермах (к рис. 2.10, в)

Номера
трещин
Возможные причины образования трещин
1 Низкий класс бетона.
Недостаточное количество поперечной арматуры: большой шаг стержней, малый диаметр
2 Недостаточное преднапряжение продольной арматуры, проскальзывание ее в зоне заанкеривания.
Недостаточное количество поперечной арматуры
3 Нарушение анкеровки преднапряженной арматуры: низкий класс бетона, недостаточная прочность бетона на момент обжатия
4 Недостаточное косвенное армирование от усилий обжатия преднапряженной арматурой
5 и 6 Отсутствие косвенного армирования (сетки, замкнутые хомуты) в зоне заанкеривания преднапряженной арматуры.
Низкая прочность бетона на момент обжатия
7 Недостаточное косвенное армирование узла поперечными стержнями (сетками)
8 Недостаточное заанкеривание рабочей арматуры растянутого элемента в узле фермы.
Слабое косвенное армирование узла
9 Недостаточное преднапряжение нижнего пояса.
Перегрузка фермы
10 Низкий класс бетона.
Перегрузка фермы
11 Изгиб из плоскости фермы при монтаже, перевозке, складировании
12 Перегрузка фермы.
Смещение арматурного каркаса относительно продольной оси элемента

43

Рис. 2.10. Трещины в колоннах и стропильной ферме: а, б - трещины в колоннах; в - трещины в элементах фермы
Рис. 2.10. Трещины в колоннах и стропильной ферме:
а, б - трещины в колоннах; в - трещины в элементах фермы

44

Трещины в сборных панелях перекрытий

Сборные ребристые панели перекрытий (покрытий) типа П, 2Т представляют собой пространственную конструкцию, объединяющую балки (ребра) и плиту, поэтому характер образования трещин от эксплуатационной нагрузки у них практически не отличается от ранее рассмотренных конструкций - балок и плит. Это наглядно видно из картины трещин в ребристой плите, представленной на рис. 2.11, а. Однако следует отметить, что из-за сложности конструктивной формы, плотного армирования при изготовлении панелей часто образуются и технологические дефекты в виде щелеобразных раковин и усадочных трещин. К ним относятся трещины, идущие вдоль арматурных стержней и возникающие от разрыва уплотненной бетонной смеси при вибрировании; продольные щелеобразные раковины под арматурными стержнями от зависания бетонной смеси; трещины от температурной деформации формы при пропаривании; усадочные трещины при жестком режиме тепловлажностной обработки, высоком расходе вяжущего, большом водоцементном соотношении.

Для многопустотных панелей перекрытий характерны технологические трещины в ребрах между пустотами, образующиеся при вытягивании пуансонов, а также продольные трещины в верхней полке вдоль пустот (рис. 2.11, б).

Панели перекрытий с технологическими трещинами шириной раскрытия более 0,2 мм ремонтируются или отбраковываются.

45

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.