EN
Сейсмостойкие конструкции: почему деформированные стальные стержни превосходно выдерживают нагрузку.
Роль прочности сцепления и деформации поверхности в сейсмостойкости
Стальные арматурные стержни с деформациями на самом деле лучше выдерживают землетрясения благодаря особым выступам и неровностям на их поверхности, которые обеспечивают сцепление с окружающим бетоном. Эти неровности увеличивают сцепление стали с бетоном примерно на 40-60 процентов по сравнению с обычными стержнями, что означает, что силы от сотрясений передаются должным образом, а не вызывают смещение частей конструкции. Что действительно важно, так это то, что эти деформации распределяют энергию землетрясения по всей бетонной конструкции, а не позволяют всей силе накапливаться в одном месте, где могут начать образовываться трещины. Еще одно преимущество, о котором мало кто говорит, — это то, как эти текстурированные стержни справляются с различными способами расширения стали и бетона при изменении температуры во время стихийных бедствий. И, пожалуй, самое главное, они позволяют зданиям изгибаться и раскачиваться, не разрушаясь полностью. Такая гибкость стала стандартной практикой в районах, подверженных землетрясениям, в наши дни.
Реальные показатели эффективности: примеры из сейсмоопасных регионов (Непал и Чили)
В Непале и Чили действуют строительные нормы, требующие использования деформированных стальных стержней после тщательной проверки после землетрясений. Когда в 2015 году в Катманду произошло мощное землетрясение в Горкхе магнитудой 7,8, в зданиях с такими деформированными стержнями обрушилось примерно на 70 процентов меньше зданий по сравнению со зданиями с обычной прямой арматурой. Аналогичная ситуация наблюдалась в Чили во время мощного землетрясения в Мауле магнитудой 8,8 в 2010 году. Небоскребы, в которых использовались деформированные стержни из стали Fe500D, выдержали всю эту сильную тряску. Изучив произошедшее, эксперты обнаружили, что колонны с деформированными стержнями могут выдерживать несколько смещений без разрушения, давая людям драгоценные минуты для безопасной эвакуации. Обычные арматурные конструкции, как правило, полностью обрушаются, как только земля начинает сильно трястись. Это довольно просто показывает: способность материалов изгибаться и растягиваться, возникающая из-за деформаций на поверхности стали, имеет решающее значение для спасения жизней и их гибели в результате стихийных бедствий.
Баланс между пластичностью и технологичностью достигается за счет использования высококачественных деформированных стальных стержней.
Современному сейсмостойкому проектированию требуются арматурные материалы, способные значительно растягиваться до разрушения, и при этом достаточно удобные в работе на строительных площадках. Возьмем, к примеру, сталь Fe500D: она растягивается на 18-25% до разрушения, что превосходит требования большинства международных строительных норм, и при этом остается достаточно гибкой для формирования сложных арматурных каркасов, необходимых в сейсмостойких конструкциях. Еще лучше варианты более высокого класса, такие как Fe550D, которые обеспечивают примерно на 15% большую прочность, не делая арматурные стержни слишком жесткими для изгибания в углах или в узких местах. Опытные инженеры знают, насколько важно подобрать рисунок ребер на арматурных стержнях в соответствии с типом бетонной смеси, с которой они работают. Более глубокие ребра отлично подходят для более текучего бетона, а меньшие профили лучше справляются с более жесткими смесями. Правильно подобранные стержни не только будут выдерживать значительные нагрузки во время землетрясений, но и обеспечат бесперебойное строительство, поскольку рабочие смогут сгибать, связывать и устанавливать их в соответствии со стандартными процедурами на крупных инфраструктурных проектах.
Железобетонные элементы: балки, плиты и колонны.
Повышение эффективности передачи нагрузки и трещиностойкости изгибаемых элементов с помощью деформированных стальных стержней.
При использовании в балках и плитах эти скрученные стальные стержни, которые мы называем деформированной арматурой, значительно улучшают способность конструкции изгибаться под нагрузкой. Небольшие выступы на их поверхности обеспечивают гораздо лучшее сцепление стали с окружающим бетоном. Это означает, что напряжение распределяется более равномерно по материалу, и трещины начинают образовываться медленнее. Обычная гладкая арматура просто не справляется с этой задачей, потому что позволяет частям скользить друг относительно друга, пока что-нибудь внезапно не сломается. Деформированные стержни работают иначе, они поглощают растягивающие силы понемногу, предотвращая усугубление трещин после их появления. Большинство строительных норм сегодня настаивают на использовании ребристой арматуры везде, где возникает большое напряжение, особенно вокруг соединений колонн и в середине пролетов, где конструкции могут быстро разрушиться, если их не армировать должным образом. Лабораторные испытания показали, что при правильной установке эти деформированные стержни могут сократить проблемы с растрескиванием примерно на 40% в балочных конструкциях. Это имеет решающее значение для конструкций, которые должны служить десятилетиями без постоянного ремонта.
Деформированная и гладкая арматура: характеристики в системах сплошных балок и плит.
Когда речь идет об интегрированных балочно-плитных каркасных системах, деформированные стержни работают лучше, чем обычная арматура, как в нормальных условиях эксплуатации, так и при нагрузках, превышающих их пределы. Способ их механического соединения предотвращает проскальзывание в точках соединения плит и балок, что создает то самое композитное взаимодействие, о котором мы всегда говорим, и делает всю систему в целом более жесткой. Системы, построенные с использованием непрерывной деформированной арматуры, демонстрируют примерно на 30% меньший изгиб и значительно более узкие трещины при аналогичных нагрузках. В основном, этому улучшению есть две основные причины. Во-первых, это лучшая передача сдвиговых усилий через эти соединения. Во-вторых, это так называемая совместимость по деформации. В случае обычной арматуры напряжение имеет тенденцию концентрироваться локально, что ускоряет процесс разрушения с течением времени. Благодаря всем этим преимуществам большинство инженеров-конструкторов при проектировании подобных систем сразу выбирают деформированные стержни марки Fe500D. Они знают, что эта марка обеспечивает оптимальное сочетание прочности при текучести и достаточной растяжимости для работы с неожиданными напряжениями.
Инфраструктурные проекты: мосты, автомагистрали и эстакады.
Превосходная усталостная прочность деформированных стальных стержней при циклических транспортных нагрузках.
Стальные арматурные стержни с деформациями играют решающую роль в конструкциях, подверженных многолетней повторяющейся нагрузке, особенно в таких элементах, как мостовые настилы, деформационные швы на автомагистралях и соединения на эстакадах. Ребра этих стержней фактически образуют прочную механическую связь с окружающим бетоном. Это помогает распределить напряжение от постоянных циклов и предотвращает рост мельчайших трещин со временем, что является одним из основных способов разрушения материалов под воздействием усталости. На практике это означает, что конструкция остается целой гораздо дольше, даже после тысяч и тысяч циклов нагрузки. Когда инженеры работают над сейсмоусилением, они полагаются на это же свойство, которое делает здания более безопасными во время землетрясений. Стержни позволяют старым мостам деформироваться контролируемым образом, не теряя при этом своей способности выдерживать вес после начала текучести. Именно поэтому специалисты почти всегда указывают деформированные стержни, когда им нужно что-то, что будет противостоять усталости в течение десятилетий и при этом надежно функционировать после достижения предела текучести.
Выбор подходящего деформированного стального стержня для вашего проекта
Сравнение марок стали: Fe415, Fe500D и Fe550D в индийских стандартах и стандартах ASTM.
Выбор правильной марки стали сводится к поиску оптимального баланса между прочностью под нагрузкой (пределом текучести) и пластичностью (максимальным растяжением до разрушения), при этом необходимо учитывать возможные риски для здания. Возьмем, к примеру, сталь Fe415 по стандарту IS 1786 – она имеет предел текучести около 415 МПа и удлинение не менее 14,5%. Этого вполне достаточно для небольших жилых зданий, расположенных в районах, где землетрясения не представляют большой угрозы. Затем есть сталь Fe500D, которая обеспечивает прочность 500 МПа плюс минимальное удлинение 16%. Строители по всей Индии, как правило, выбирают эту сталь для более высоких зданий, расположенных в сейсмических зонах III-V, поскольку она лучше выдерживает колебания во время землетрясений. Для ситуаций, требующих еще большей прочности на квадратный дюйм, например, из-за больших нагрузок или ограниченного пространства, идеально подходит сталь Fe550D. Она соответствует спецификациям ASTM A615 с прочностью 550 МПа и аналогичной способностью к растяжению. Страны, сталкивающиеся с серьезной угрозой землетрясений, такие как Япония и Калифорния, по-прежнему считают сталь Fe500D эталоном при проектировании конструкций, которые должны противостоять боковым силам, возникающим при землетрясениях.
Подбор арматурного стержня нужного размера и марки в соответствии с требованиями к конструкции и условиями окружающей среды.
Выбор правильного диаметра арматурного стержня и марки стали во многом зависит от типа нагрузки и места установки. В прибрежных районах обычно требуются стержни диаметром от 16 до 32 мм из стали Fe500D с защитным покрытием, таким как эпоксидная смола или цинкование, для защиты от воздействия соленой воды. При строительстве сооружений с интенсивным движением, таких как эстакады и мосты, инженеры часто выбирают более крупные стержни диаметром от 25 до 40 мм из высококачественной стали. Большие размеры позволяют лучше выдерживать постоянные нагрузки и сокращают количество ремонтных работ в дальнейшем. С другой стороны, для внутренних бетонных плит, расположенных в засушливых регионах с минимальными факторами риска, можно использовать более мелкие стержни Fe415 диаметром около 8-12 мм, поскольку они не подвергаются экстремальным условиям. Перед покупкой любой арматуры целесообразно проверить наличие сертификационных знаков на соответствие стандартам, таким как IS 1786 или ASTM A615. Этот простой шаг помогает отследить происхождение материала, подтвердить его соответствие нормам безопасности и обеспечить стабильную работу в рамках различных проектов.