Определение напряженно-деформированного состояния анкеровки арматурных стержней класса А500С в бетон акриловыми клеями различных составов

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор состояния вопроса

Анкеровка – закрепление концов арматуры в опорных узлах, стыках, местах обрыва стержней и др. обеспечивается сцеплением с бетоном, акриловыми или эпоксидными клеями, а также другими вяжущими, устройством специальных анкеров на концевых участках стержней либо совместного за счет сцепления и анкеров. Под сцеплением арматуры обычно понимают совокупность всех химических, физических и механических явлений, действующих на контактных поверхностях клей-бетон или клей-анкер, обеспечивающих их связь и создающих сопротивление сдвигу. Анкеровка стержневой арматуры периодического профиля, как правило, обеспечивается сцеплением с бетоном или акриловой композицией и осуществляется путем заведения стержня за сечение, в котором он учитывается с полным расчетным сопротивлением, на некоторую длину, называемую длиной анкеровки.

Длина анкеровки зависит от прочностных свойств бетона, клеев  (акриловый, эпоксидный и др.), геометрических параметров профиля (высота и шаг выступов, относительная площадь смятия) и, ввиду многообразия влияющих факторов, определяется на основании расчетных зависимостей, полученных при обработке результатов экспериментов. Так, расчетные зависимости нормативных документов [18, 59, 71, 86, 92] получены на основании результатов обработки многочисленных экспериментов [1, 2, 13-16, 19, 20, 23, 24, 28, 32, 78, 79, 105], проведенных с арматурой винтового профиля по ГОСТ 5781 [95].

При строительстве и реконструкции зданий и сооружений широкое применение получила анкеровка арматурных стержней периодического профиля различными полимерными клеями (эпоксидными, силоксановыми, карбамидными и др.) в пробуренные отверстия бетона, а также жесткими песчано-цементными смесями. Клеевая анкеровка может быть использована при ремонте и усилении сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций, креплении различного рода закладных элементов к существующим конструкциям (рис. 1.1-1.5), устройстве выпусков арматуры (щетины) из бетона для создания равнопрочного соединения. Кроме того, она применяется для крепления сборных железобетонных колонн (рис. 1.3-1.4) стен тоннелей и других конструкций на готовых и существующих фундаментах, плитах и т.п. Наибольший объем анкероустановочных работ выполняют на предприятиях металлургической, машиностроительной, горнорудной, химической и других отраслей промышленности. Ежегодно для этих целей применяют десятки тысяч анкеров. Для многих видов оборудования высота фундамента  зачастую определяется длиной заделки анкеров, что приводит к значительному перерасходу бетона и стали.

Указанный способ анкеровки  арматурных стержней обладает рядом важных свойств: высокопрочным сцеплением клея с бетоном и сталью (сцепление со сталью в 5-12 раз больше, чем у цементного клея), высокой механической прочностью, стойкостью в агрессивных средах, хорошей зазорозаполняемостью и  возможностью выполнения шва большой толщины.

Первые опыты по устройству анкерного соединения на клее были проведены для случая крепления арматуры в каналах предварительно напряженных железобетонных конструкций инъекционными составами на основе эпоксидных смол [27, 28].

Развитие вопроса крепления арматурных стержней в бетоне с помощью эпоксидных клеев получено в работах Л.А.Игонина [52-55], в которых описывается исследование прочности клеевой стыковки арматуры в бетонной и стальной соединительных муфтах (рис. 1.6). Опытные образцы выполняли с использованием эпоксидно-песчаного клея. В качестве арматуры применяли стержни периодического профиля из стали класса А240С [81, 82]. Испытаниями установлена прочность клеевой анкеровки в зависимости от глубины ее заделки.

Для ремонта, восстановления и усиления бетонных и железобетонных конструкций широко применяется клеевая анкеровка арматурных стержней.

Рис 1.1. Ремонт бетонных конструкций при помощи клеев:

1 – клеевой шов; 2 – клеевой анкер; 3 – арматурный стержень;

4 – добетонка

Рис. 1.2. Крепление закладных элементов к стенам силосных сооружений с помощью клеевых анкеров периодического профиля:

1 – железобетонная стена сооружения; 2 – клеевой шов;

3 – закладной элемент крепления; 4 – анкер периодического профиля; 5 – стальная воронка

Этим вопросам посвящены работы Э.Д. Александряна [3], Л.А. Игонина [52-55], Ю.Ф. Кутина [62], В.А. Лисенко [65], Ю.Н. Саканского [89], М.У.Ушинского [98], а также зарубежных ученых U. Bottiger [137], M.F. Canovas [139, 140], R.A. Cook [141-143], E. Walter [173, 174], S.P. Twiss [172] и др.

Широкое распространение клеевая анкеровка арматурных стержней получила при соединении свай, сборных железобетонных колонн между собой и с фундаментами, а также других строительный конструкций и закладных деталей. Результаты научных исследований и внедрений приведены в работах А.Д. Ескарева [27, 28], Л.А. Игонина [52-55], Э.А. Кри