DETERMINATION OF THE STRIPPING STRENGTH OF MONOLITHIC SLABS AND BEAMS

Cover Page

Abstract


Checking the strength of concrete monolithic structures in the stage of erection is a necessary condition for the possibility of further normal operation of buildings and structures. The purpose of the work is to specify the timing of the decoupling of slabs and beams taking into account the real strength set. In this article, an engineering method for determining the form-fitting strength of concrete of monolithic bending elements without a prestressing reinforcement is considered. The method for determining the form-fitting strength is based on the equality of external and internal forces in the normal design section in the stage of failure when the strength of concrete is depleted. This method is applicable to linear elements and constructions. Based on the results of the work, a formula has been obtained for assigning the minimum concrete strength at decompression and the coefficient k , which can be used to easily and accurately determine the stripping strength for slabs and beams. The graphs of the dependence of the coefficient k are given for determining the formwork strength when using working reinforcements A400 and A500C, on the thickness of the plate under the action of a single moment. The proposed method for determining the form-fitting strength makes it possible to designate the size of the form-fitting strength for slabs and beams and to specify the timing of the decoupling of structures, taking into account the actual strength set.


Введение. Особенностью проектирования монолитных железобетонных конструкций, возводимых на строительной площадке, является обязательная проверка прочности в стадии возведения [1-2]. Невыполнение требований прочности в промежуточном возрасте приводит к тяжелым последствиям, связанным не только с материальными потерями, но и с человеческими жертвами [3-5]. Поэтому проверка прочности бетона монолитных конструкций в стадии возведения является необходимым условием для дальнейшей нормальной эксплуатации зданий и сооружений [6-9]. Цель работы. Целью работы является уточнение сроков распалубливания линейных изгибаемых элементов (плит и балок) с учетом реального набора бетоном прочности. Материалы и методы. При проверке прочности в стадии возведения должны учитываться следующие обстоятельства: пониженная прочность Максимальное усилие, воспринимаемое бетоном, достигается при высоте сжатой зоны бетона при x = xR или ξ = ξR и αm = αR и наступает при достижении в сжатом бетоне напряжений, равных установленной распалубочной прочности Rb,рас. Граничное положение нейтральной оси определяется экспериментальным путем и принимается при использовании арматуры класса А400 ξR = 0,531 и αR = 0,390. При арматуре А500C ξR = 0,493 и αR = 0,372 [1]. Принимая в выражении (3) αm = 0,8αR, находим минимальное значение распалубочной прочности: Rb,расп = M/(0,8αRbh02). (4) Результаты и обсуждение. Для плит при расчетной ширине сечения b = 1 м выражение (4) принимает следующий вид. Для арматуры А400 Rb,расп = M/(αRbh0 02 2) = M/(0,8 · 0,390 · 1,0 · h ) = бетона, связанная со временем и условиями твердения, снижение прочности бетона при длительном действии нагрузки [10-13]. При этом прочность нормальных сечений определяется только сжатым бетоном, так как количество продольной арматуры назначается из условия прочности элемента в стадии эксплуатации (рис. 1) [14-16]. Nb x M 0 = M/(0,312h 2). (5) Для арматуры А500C Rb,расп = M/(0,8 · 0,372 · 1,0 · h 2) = M/(0,298h 2). (6) 0 0 Данная формула может быть рекомендована для назначения минимальной прочности бетона при распалубливании плит. Таким образом можно получить коэффициент k, 2 Mсеч равный 0,312h0 2 при использовании арматуры А400 и 0,298h0 для А500С, который позволяет просто Zb h0 h As определить распалубочную прочность в зависимости от толщины плиты. На рис. 2 представлены графики коэффициента k для определения распаа Ns лубочной прочности от М = 1 кНм/м. b Рис. 1. Cхема к расчету прочности сечений с одиночной арматурой [Fig. 1. Scheme for calculating the strength of sections with a single armature] Рассматривается случай, когда сжимающие напряжения воспринимаются только бетоном, арматура в сжатой зоне не учитывается, т.е. А' = 0. Уравнение прочности нормального сечения по бетону M = Rbbx/(h0 - 0,5x). (1) Учитывая, что x = ξ/h0, выражение (1) после некоторых преобразований примет вид 0 M = Rbbh 2ξ(1 - 0,5ξ). (2) Или, учитывая, что ξ(1 - 0,5ξ) = αm: M = αmRbbh02. (3) Рис. 2. Значения коэффициента k для определения распалубочной прочности плит от М = 1 кНм/м [Fig. 2. The values of the coefficient k for determining the stripping strength of slabs from M = 1 kNm/m] Например, при толщине плиты 200 мм, h0 ≈ 160 мм и расчетном моменте от собственного веса M = 55,0 кНм/м по графику (рис. 2) минимальное значение промежуточной прочности составляет: § при арматуре А500С: Rb,расп = 0,131 · 55,0 = = 7,21 МПа, что при классе бетона В20 составляет 7,21 · 100/11,5 = 62,7%. Таким образом, промежуточная прочность Rb,расп должна быть не менее 0,63Rb класса бетона В20; § при арматуре А400: Rb,расп = 0,125 · 55,0 = = 6,88 МПа, что при бетоне В20 составляет 6,88 · 100/11,5 = 59,8%. Промежуточная прочность Rb,расп должна быть не менее 0,6Rb класса бетона В20. Выполним проверку прочности нормальных сечений при вычисленной промежуточной прочности M = 55,0 кНм/м, h0 = 0,16 м, арматуре А500С и распалубочной прочности Rb,расп = 7,21 МПа. Из таблицы видно, что принятые в соответствии с формулами (5) и (6) или графиком рис. 1 значения промежуточной прочности Rb,расп обеспечивают прочность нормальных сечений в расчетной ситуации, соответствующей снятию опалубки [9-11]. Таким образом, предложенный способ определения распалубочной прочности Rb,расп для плит позволяет не только назначить величину Rb,расп, но и уточнить сроки распалубливания конструкций. Данный способ применим для линейных элементов и конструкций. Для балок при отношении ширины сечения балки к ее высоте b = 0,4 h выражение (4) приниo αm = М/Rbbh 2 = 55,0/7,21 · 103 · 1,0 · 0,162 = мает следующий вид. Арматура А400 = 0,298 < αR = 0,372. 0 Rb,расп = M/αRbh 2 = Так как αm = ξ(1 - 0,5ξ), то значение относи- = M/0,8 · 0,390 · 0,4h · h 2 = M/0,125h 3. (7) тельной высоты сжатой зоны ξ находится из известного квадратного уравнения 0,5ξ2 - ξ+αm = 0, откуда ξ = 0,364. При αm = 0,298 абсолютная высота сжатой зоны x = ξh0 = 0,364 · 0,16 = 0,058 м. Mсеч = Rb,расп bx (h0 - 0,5x) = = 7,21 · 103 · 1,0 · 0,058 (0,16 - 0,5 · 0,058) = 55 кНм. M = 55 = Mсеч = 55 кНм/м. Таким образом, прочность нормальных сечений плиты в стадии распалубливания по бетону при установленной передаточной прочности обеспечена. Аналогично вычислялась распалубочная прочность Rb,расп при арматуре А500С для других плит. Результаты вычислений представлены в табл. 1. Таблица 1 [Table 1] Величины распалубочной прочности при различных толщинах плит и соотношениях моментов Толщина плиты h, м [Plate thickness h, m] Коэффициент k [Coefficient k] Прочность Rb,расп, МПа [Formwork strength Rb,расп, МPа] Rb,расп / Rb, % Внешний момент М, кНм [External moment М, кNm] Мсеч, кНм [Section moment Мсеч, кNm] Мсеч / M 0,2 0,131 7,210 62,69 55 55 1 0,22 0,104 6,214 54,04 60 60 1 0,24 0,084 5,453 47,42 65 65 1 0,26 0,069 4,853 42,20 70 70 1 0,28 0,058 4,369 37,99 75 75 1 0,30 0,050 3,971 34,53 80 80 1 [The values of the formwork for different thicknesses of the plates and moment ratios] 0 0 0 Арматура А500С Rb,расп = M/0,8 · 0,372 · 0,4h0 · h02 = = M/0,119h03. (8) Например, для монолитного балочного перекрытия из бетона класса В20, арматуры А500С высота балки h = 600 мм, h0 ≈ 560 мм, расчетный момент от собственного веса балки и плиты M = 72,0 кНм. По формуле (8) прочность Rb,расп = 0,119 · 72,0 = 8,6 МПа, что при бетоне В20 составляет 8,6 · 100/11,5 = 74,5%. Следовательно, промежуточная прочность Rb,расп должна быть не менее 0,75Rb класса бетона В20. Проверка прочности нормальных сечений при вычисленной распалубочной прочности Rb,расп = = 8,6 МПа показала, что αm = 0,0268 < αR = 0,372. Абсолютная высота сжатой зоны x = ξh0 = 0,272 · 0,56 = 0,015 м. Условие прочности по бетону Mсеч = Rb,расп bx (h0 - 0,5x) = = 8,6 · 103 · 0,24 · 0,015 (0,56 - 0,5 · 0,186) = 17,3 кНм. M = 17,3 < Mсеч = 80,0 кНм. Прочность нормальных сечений балки в стадии распалубливания по бетону при установленной передаточной прочности обеспечена. Заключение. Предложенный способ определения распалубочной прочности Rb,расп позволяет назначать величину Rb,расп для плит и балок и уточнять сроки распалубливания конструкций с учетом реального набора прочности.

Vitaliy S Kuznetsov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Author for correspondence.
Email: vitaly.ggh2014@yandex.ru
26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Сandidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Architectural and Construction Design (TSA), Moscow State University of Civil Engineering (National Research University). Research interests: monolithic and prefabricated structures with the use of high-strength fittings with clutch and without adhesion to concrete in the modern construction of buildings and structures

Yulia A Shaposhnikova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: yuliatalyzova@yandex.ru
26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Сandidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Reinforced Concrete and Stone Structures (ZHBK), Moscow State University of Civil Engineering (National Research University). Research interests: monolithic construction, prestressed constructions without adhesion and with adhesion to concrete, modern building structures, inspection of technical condition and strengthening of building structures

  • GOST 18105-2010. Betony. Pravila kontrolya i otsenki prochnosti [GOST 18105-2010. Concretes. Rules for monitoring and evaluation of strength]. Moscow: Standartinform, 2013, 20.
  • Kuz'minykh O.V. (2015). Neobkhodimost' ukhoda i nablyudeniya za betonom v period tverdeniya s 29-kh i posleduyushchikh sutok [The need for care and observation of concrete during the hardening from the 29th and the following days]. Nauka YuURGU. Materialy 67-i nauchnoi konf. [Science of SUSU. Materials of the 67th scientific conference], April 14–17. Chelyabinsk, 1361–1364. (In Russ.)
  • Pisarev S.V., Astakhov N.N. (2014). Otsenka tekhnicheskogo sostoyaniya konstruktsii zdanii pri tipovykh narusheniyakh tekhnologii stroitel'stva [Assessment of the technical condition of buildings in typical violations of construction technology]. Prioritetnye nauchnye napravleniya: ot teorii k praktike [Priority research areas: from theory to practice], (12), 142–148. (In Russ.)
  • Rapoport P.B., Rapoport N.V., Polyansky V.G., Sokolova E.R., Garibov R.B., Kochetkov A.V., Yankovsky L.V. (2012). Analiz sroka sluzhby sovremennykh tsementnykh betonov [Analysis of the service life of modern cement concrete]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education], (4), 92. (In Russ.)
  • Gnyrya A.I., Boyarintsev A.P., Korobkov S.V., Abzaev Yu.A., Mokshin D.I., Gauss K.S., Bibikov I.A., Titov M.M. (2017). Obosnovanie metoda temperaturno-prochnostnogo kontrolya v tekhnologii proizvodstva betonnykh rabot pri vozvedenii monolitnykh zhelezobetonnykh konstruktsii [Justification of methods for temperature and strength monitoring of in-situ reinforced concrete construction]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta [Tomsk State University of Architecture and Building], 3(62), 161–170. (In Russ.)
  • Yudina A.F. (2012). Dostoinstva monolitnogo stroitel'stva i nekotorye problemy ego sovershenstvovaniya [Advantages of monolithic building and some problems of its perfection]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [University of Architecture and Civil Engineering], (1), 154–156. (In Russ.)
  • Imaykin D.G., Ibragimov R.A. (2017). Sovershenstvovanie tekhnologii betonirovaniya monolitnykh konstruktsii [Perfection of technology of concreting of monolithic constructions]. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta [Kazan State University of Architecture and Engineering], 1(39), 250–256. (In Russ.)
  • Salov A.S., Chernova A.R., Kuz'mina A.Yu. (2015). Problemy kontrolya kachestva betona pri monolitnom stroitel'stve [Problems of quality control of concrete in monolithic construction]. Aktual'nye problemy tekhnicheskikh, estestvennykh i gumanitarnykh nauk. Materialy mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii [Actual problems of technical, natural and humanities. Materials of the international scientific and technical conference]. Ufa, 71–74. (In Russ.)
  • Pak A.A. (2015). K voprosu kontrolya kachestva stroitel'nykh materialov i izdelii iz betona nauka i obrazovanie v Arkticheskom regione [On the issue of quality control of building materials and articles from concrete science and education in the Arctic region]. Nauka i obrazovanie v Arkticheskom regione. Materialy Mezhdunarodnoi nauchnoprakticheskoi konferentsii [Science and Education in the Arctic Region. Proceedings of the International Scientific and Practical Conference]. Murmansk, 149–156. (In Russ.)
  • Svintsov A.P., Nikolenko Yu.V., Kurilkin V.V. (2015). Teplovaya obrabotka betonnoi smesi v monolitnykh konstruktsiyakh [Heat treatment of concrete mix in cast-in-situ structures]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and civil construction], (1), 15–19. (In Russ.)
  • Khamkhoeva Z.M., Dzangieva A.R. (2016). Zavisimost' kachestva betona ot sposoba ukladki betonnoi smesi [Dependence of the quality of concrete on the method of laying concrete mixes]. Uspekhi sovremennoi nauki i obrazovaniya [Progress in Modern Science and Education], 2(3), 48–52. (In Russ.)
  • Golovin N.G., Bedov A.I., Silant'ev A.S., Voronov A.A. (2015). Stesnennaya usadka betona kak faktor razvitiya defektov v monolitnykh perekrytiyakh mnogoetazhnykh zdanii [Constrained concrete shrinkage as a factor of defect development in cast-in-place slabs of multistory buildings]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Construction], (1), 46–50. (In Russ.)
  • Eryshev V.A., Latysheva E.V., Bondarenko A.S. (2012). Usadochnye deformatsii v betonnykh i zhelezobetonnykh elementakh [Shrink deformations in concrete and reinforced concrete elements]. Izvestiya Kazanskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta, (4), 97–101. (In Russ.)
  • SP 52-103-2007 (2007). Zhelezobetonnye monolitnye konstrukcii zdanij. [Concrete monolithic construction of buildings]. Moscow, 2007. (In Russ.)
  • Belentsov Yu.A., Roshupkin A.A. (2014). Otsenka neobkhodimosti ucheta koeffitsienta variatsii pri priemke betona monolitnykh konstruktsii [Evaluation of the need to take into account the coefficient of variation in the acceptance of concrete monolithic structures]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova [Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov], (6), 70–73. (In Russ.)
  • Butenko S.A., Nefedov A.T. (2016). Fakticheskii klass betona monolitnykh konstruktsii [Actual class of concrete monolithic constructions]. Traditsii i innovatsii v stroitel'stve i arkhitekture. Sbornik statei [Traditions and innovations in construction and architecture. Collection of articles]. Ed. by M.I. Bal'zannikova, K.S. Galitskova, A.K. Strelkova. Samara: SGASU Publ., 114–117. (In Russ.)

Views

Abstract - 214

PDF (Russian) - 63

PlumX


Copyright (c) 2018 Kuznetsov V.S., Shaposhnikova Y.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.