На современном этапе развития фундаментов одной из главных задач является повышение эффективности проектировочных решений, разработка экономически обоснованных и конкурентоспособных решений

В настоящее время большой размах приобретает строительство на слабых водонасыщенных грунтах, когда строители используют под объекты площадки, которые ранее признавались геологами невыгодными для возведения сооружений.

В сложных инженерно-геологических условиях свайный вариант зачастую оказывается единственно возможным видом фундаментов. Свайные фундаменты применятся в тех случаях, когда грунты основания представлены насыпью большой мощности, илистыми отложениями, связными грунтами в текучем и текуче-пластичном состоянии и т.п. [13, 15].

Так как затраты на устройство подземной части здания составляют до 25% от общей стоимости, снизить эти показатели позволяет применение более экономичных и индустриальных свайных фундаментов.

Важнейшим резервом повышения эффективности свайных фундаментов является совершенствование определения их осадок на стадии проектирования.

Сложность работы сваи в грунте делает невозможным создание математически строгой теории надежности расчета. Поэтому используются различные инженерные методики расчета. Используемая в настоящее время нормативная литература в области проектирования свайных фундаментов содержит недостаточно информации и позволяет получать неоднозначные результаты.

Целью данной работы является сравнение результатов расчета осадок свайных фундаментов здания каркасного типа в заданных геологических условиях. Параметры здания и геологический разрез приняты одинаковыми для того, чтобы выявить влияние различных теоретических подходов к расчету осадок в СНиП 2.02.03.-85 «Свайные фундаменты» и СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» (актуализированная редакция).

2. Расчет несущей способности свай
Характеристики грунтов и мощности слоев, слагающих грунтовое основание заданного сооружения, представлены в таблице 1.

Расчеты проводятся по двум группам предельных состояний [2]:Будем рассматривать висячие железобетонные сваи, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. При этом размеры поперечного сечения принимаем 40 х 40 см, длину сваи 13 м.

1) по несущей способности – по прочности материала свай и материала ростверка (ведется на основное сочетание расчетных нагрузок);
2) по деформациям – по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (на основное сочетание нормативных нагрузок).

Сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия [6]:

                                                                                                                                                                                                                                            , (1)

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

F_d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;
— коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным 1,15 при кустовом расположении свай;
— коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15;
— коэффициент надежности примем равным 1,4, т. к. несущая способность сваи определена расчетом.
Несущую способность F_d, висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле [6]:

                                                                                                                                                                                                                (2)

где _c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый _c = 1;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.2 [4]): R =5360 кПа;
A — площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая равной площади поперечного сечения сваи: A=0,16 м²;
u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м: u=1,6 м;
f_i — удельное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.3, [4]) в зависимости от глубины H_i и вида грунта на этой глубине;
H_i — глубина погружения средней точки i-го однородного участка грунта;
h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; 
_cR ,_cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта (табл. 7.4, [4]): .
Определим f_i и  и результаты сведём в таблицу 2:
Таблица 2

	hi, м	Hi, м	fi, кПа
1	1,0	0,5	4
2	2,0	3,0	14
3	2,0	4,0	16
4	2,0	6,0	31
5	2,0	8,0	33
6	2,0	10,0	34
7	1,0	11,5	67,1
8	1,0	12,5	68,5

По формуле (2.2): 
У нас отсутствуют изгибающие моменты, т.е. свайный фундамент работает в условиях центрального нагружения. Тогда нагрузка, передаваемая на одну сваю, будет определяться по формуле:

 (3)

где - суммарная нагрузка на свайный куст;
- расчетная нагрузка, передаваемая на сваю.
Подставляя N в формулу 1, получаем:

Принимаем количество свай – 6.

Расстановка свай проводится с учетом их взаимного влияния по условию [4]:
расстояние между осями двух соседних свай:          

где d – линейный размер поперечного сечения сваи;
расстояние от оси крайней сваи до обреза ростверка:

 
Тогда окончательные размеры ростверка:

3. Расчет осадки свайного фундамента.

Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия, что осадки здания не должны превышать предельных допустимых значений [4, 7, 8, 9, 11]:

s ≤ s_u                                                                                                                                                                                                                                                                            , (4)

где s — совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения (осадка, перемещение, относительная разность осадок свай, свайных фундаментов и т.п.), определяемая расчетом;
s_u — предельное значение совместной деформации основания сваи, свайного фундамента и сооружения, устанавливаемое по указаниям СНиП [3].Осадка свайного фундамента как условного фундаментаРасчет осадки фундамента как условного является единственным методом для определения осадки в СНиП 2.02.03-85. Метод послойного суммирования заключается в том, что осадку грунта под действием нагрузки от сооружения определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта такой толщины, для которых можно без большой погрешности принимать при расчетах средние значения действующих напряжений и средние значения характеризующих грунты коэффициентов [7, 12].

Определение осадки происходит в следующей последовательности:
1. Построение эпюры распределения напряжений от собственного веса здания:

 (5)

где - напряжение в пределах условного фундамента;
 - напряжение за пределами высоты условного фундамента;

2. Построение эпюры дополнительных напряжений.

Используем выражения:

 (6)

где α – коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента и координаты [1].
р – величина среднего давления по подошве фундамента.

3. Графическое определение величины сжимаемой зоны H_сж = 4,84 м (рис.2)

4. Графическое определение значения величины среднего давления на участке -.

5. Определение величины осадки каждого слоя по формуле [3]:

 (6)

где – безразмерный коэффициент, равный 0,8;
 - величина среднего напряжения в i-том слое грунта;
 - толщина i-того слоя;
 - модуль деформации i-того слоя.

Глубина активной зоны сжатия соответствует такой глубине, ниже которой деформациями грунтовой толщи (при расчете осадок фундамента заданных размеров) можно пренебречь [10].

Рисунок 1. Определение глубины сжатой зоны

7. Проверка полученного значения осадки по условию (4):

S=3,7 см S_u = 8 см, – условие выполняется.

Основным недостатком данного метода является то, что в нем не учитывается взаимное влияние свай в кусте.

Расчет осадки свайного куста по СП 24.13330.2011
В 2011 году вышла актуализированная и гармонизированная редакция СНиП 2.02.03.-85. В качестве аналога данному нормативному документу был принят Европейский стандарт EN 1997-1:2004 (Е) «Еврокод 7»: Геотехническое проектирование – часть 1: Общие правила».
Одним из дополнений стал новый метод расчета осадок свайных фундаментов. Осадка одиночной сваи определяется с учетом модуля сдвига, как и в приложении к СП 50-102-2003, а для определения осадки группы свай представлены новые методики. Так же введены пределы применимости – осадки малой группы (n≤25) и большого свайного поля определяются по разному.

При расчете осадок малой группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Расчет осадки i-й сваи в группе из n свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле [6]:

                                                                                                                                                                                                                (7)

где S (N) — осадка одиночной сваи; 
δij — коэффициенты, рассчитываемые в зависимости от расстояния между i-й и j-й сваями; 
Nj — нагрузка на j-ю сваю.
Осадка одиночной сваи без уширения пяты определяется по формуле:

(8)

где N - вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, N = 0,967 МН;
 - коэффициент, определяемый по формуле:

 (9)

здесь = 0,17ln(k_νG₁l/G₂d) - коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае;
 = 0,17ln(k_ν1l/d) - тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками G₁ и ;
 = EA/G₁l² - относительная жесткость сваи;
EA - жесткость ствола сваи на сжатие, МН; 
 - параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия ствола и определяемый по формуле:

(10)

где k_ν, k_ν1 - коэффициенты, определяемые по формуле:

k_ν = 2,82 – 3,78ν + 2,18ν² (11)

соответственно при ν= (ν₁ + ν₂)/2 и при ν = ν₁.

Характеристики G₁ и ν₁ принимаются осредненными для всех слоев грунта в пределах глубины погружения сваи, a G₂ и ν₂ - в пределах 0,5l, т.е. на глубинах от l до 1,5l от верха свай.
Осадка одиночной сваи:

м.

Чтобы найти осадку всего свайного куста, необходимо найти коэффициенты δij, учитывающие взаимное влияние свай:

если 
если 

Для свай номер 2, 3 и 5 значение будет одинаково, так как они находятся на одинаковом расстоянии от сваи 1 (рис. 1):

Для свай номер 4 и 6 коэффициент равен:

Рисунок 2. Схема расстановки свай и нумерация

Тогда общая осадка свайного куста равна:
м.

4. Выводы

Проведенные расчетные исследования позволяют сделать следующие выводы:

Осадка свайного фундамента, рассчитанного по СП, имеет меньшее значение, чем осадка, рассчитанная по СНиП. Это дает возможность запроектировать здание каркасного типа более надежной конструкции.

Расчет по СП дает также возможность получить экономию, применяя рациональные конструктивные решения.

Вместе с тем следует отметить, что данные сравнительные расчеты справедливы для определенных геологических условий.

5. Заключение

Следует заметить, что полученные результаты относятся к группам оснований, а которых несущая способность обеспечивается как боковой поверхностью так и острием. Характерный график работы сваи в таком основании представлен на рис. 3 (кривая I). 

Рисунок 3. Характерные графики работы свай

В слабых грунтовых основаниях несущая способность сваи определяется работой ее боковой поверхности (кривая II). Точка перелома на графике четко определяет предельную нагрузку на сваю.

В большинстве случаев работа свай характеризуется графиками, располагающимися между кривыми первого и второго типов.

По кривым типа I практически невозможно найти предельные величины сопротивления свай. А вопрос об определении их несущей способности носит чисто теоретический характер, так как эксплуатационная пригодность ограничена деформациями, которые наступают задолго до приложения предельных нагрузок.

С другой стороны известно, что осадки свай под длительной нагрузкой могут в несколько раз превышать осадки от действия той же нагрузки при кратковременных статических испытаниях. Поэтому при расчете конечных осадок в расчетах необходимо использовать модули деформации и прочностные характеристик грунтов, найденные из опытов с длительным действием нагрузок.

Анализ опыта возведения объемных бетонных конструкций при сооружении АЭС в РФ и за рубежом показывает, что для обеспечения качественного монолитного бетонирования массивных стен и перекрытий, как правило, требуется высокая точность выполнения работ по предварительной сборке армокаркаса, стыковке арматурных стержней в соседних конструкциях, таких как стены и перекрытия. Также, стоит отметить, что на сегодняшний день, при производстве монолитных работ применяется съемная опалубка с частым расположением стоек из-за повышенной нагрузки при бетонировании. Кроме того, обычно высота помещения под перекрытиями достигает 15 м и более. Это приводит к увеличению сроков возведения стен и перекрытий, а также препятствует проведению строительных работ под перекрытиями до окончания работ по бетонированию и снятия опалубки.

Для сокращения сроков работ возникает необходимость выполнить готовый объемный армоблок с несъемной несущей сталефибробетонной опалубкой [1].

При монтаже и постановке готовых блоков в проектное положение возникает ряд проблем, связанных со стыковкой блоков стен и перекрытий. Для соединения блоков существует несколько способов стыковки между собой. В данной статье рассмотрены конструктивные элементы объемных армоблоков с несъемной несущей сталефибробетонной опалубкой, достоинства и недостатки имеющихся способов соединения армоблоков.

Также в статье предложено применение тросовых петель для укрупненного строительства на объектах атомной энергетики.

Целью данной работы является обоснование применения тросовых петель для соединения

готовых объемных армоблоков с несущей опалубкой.

Обзор литературы

В настоящее время крайне актуальным остается вопрос о сокращении сроков строительства объектов атомной энергетики и скорейшем вводе в эксплуатацию строящихся АЭС для получения большей выгоды от поставок вырабатываемой электроэнергии потребителям.

Проблемой укрупненного строительства активно занимаются проектные институты. В данной статье рассмотрены презентации с предложениями по внедрению объемных армоблоков в строительство АЭС.

Глубокое изучение свойств фиброармированных бетонов представлено в трудах Ф.Н.Рабиновича [3] и Войлокова И.А. [4] и др. В настоящее время активно ведется исследование в направлении применения фиброармированных конструкций при сооружении объектов атомной отрасли [5-7].

Изучению новых и рассмотрению традиционных способов стыковки бетонных конструкций посвящено большое количество литературы [8-12].

Широкое применение индустриальных методов строительства для возведения уникальных зданий и сооружений сдерживается отсутствием норм по их расчету и проектированию.

В США был разработан проект АР1000, в котором сооружение основных зданий АЭС ведется заранее заготовленными блоками. Стремление к подобному опыту может привести к выходу на новые рынки и еще большей прибыли атомной отрасли Российской Федерации.

Конструктивные и технологические решения объемных армоблоков с несъемной несущей сталефибробетонной опалубкой

1. Несъемная опалубка

Общепринятый способ, когда выполняется несъемная опалубка, опирающаяся на балки, рассчитанные на вес сырого бетона. Балки опираются на специально выполненные столики в стенах или на столики, установленных на перекрытиях. Данный способ нерационален в случае, когда имеются различные коммуникации (кабельные короба, венткороба, трубопроводы различного назначения, т. к. впоследствии при прокладке указанных коммуникаций потребуется удаление балок. Кроме того, в случае пролетов плит до 12 м имеет место значительное увеличение металлоемкости несъемной опалубки.

Рассмотрим применение несъемной опалубки для перекрытия или пролета сооружения.

Способы возведения перекрытия или пролета сооружения (патент № RU 2303681 С1 2006.01), сборно-монолитного перекрытия (патент № SU 1726687 A1, RU 2097502 C1, RU 47926 U1, RU 98203 U1) требуют устройства предварительно изготовленной железобетонной или гипсобетонной (патент № 2109896 C1) опалубочной плиты или блоков с анкерами на опорах сооружения. Данные способы не подходят для перекрытий, имеющих сложную конфигурацию в плане, проемы различных размеров, проходки и трубопроводы в теле плиты.

Варианты несъемной опалубки монолитных перекрытий, разработанные в патентах № RU 2423584 C1 (мягкая оболочка, заполненная раствором), № RU 2422603 C1 (панель из листового материала), RU 134968 U1 (блок несъемной опалубки из арболита), № RU 127780 U1 (блок несъемной опалубки из тонкой бетонной плиты и плиты утеплителя, соединенных армирующими элементами), № RU 121835 U1 (блок несъемной     опалубки из двух тонких ж/б плит, соединенных пластиковыми стяжками), № RU 112919 U1, № RU 109164 U1 (несъемная опалубка из профлиста) не подходят для массивных монолитных плит толщиной 0.8 м и более (т. е. при весе сырого бетона от 2 т/м2) пролетом от 6 до 12 м ввиду недостаточной несущей способности.

Проекты несъемной опалубки перекрытий №№ RU 68545 U1, RU 2192522 C2, RU 2162128 C2, RU 2213836 C2, RU 53692 U1, RU 61743 U1 разработаны для тонких плит жилых и общественных зданий небольших пролетов (до 6м),поэтому также не могут быть применены.

Для возведения массивных монолитных перекрытий на большой высоте предлагается использовать блоки несъемной опалубки, которые почти полностью находятся в массиве плиты.

Для применения предлагаемых блоков несъемной опалубки не требуется специально перерабатывать проект плиты или стены, переделывать систему армирования, выполнять дополнительные закладные в стенах помещения.

Установка блоков несъемной опалубки полной заводской готовности позволяет выполнять армирование и установку закладных деталей сразу после монтажа блоков. При этом в помещении можно вести другие строительные и монтажные работы.

Все указанное позволит сократить сроки производства работ на 2-3 мес. по сравнению с общепринятым способом.

2. Применение сталефибробетона

Фибробетон- разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены фибра и фиброволокна в качестве армирующего материала [5].

Фибра добавляется в бетон на стадии производства бетонной смеси, выполняя функцию армирующего компонента, и способствует улучшению качества бетона, повышая его трещиностойкость, деформативность, водонепроницаемость и морозоустойчивость. Дополнительным преимуществом фибробетона является его пониженный вес по сравнению с традиционно армируемым железобетоном, что облегчает монтаж конструкций из фибробетона [5].

Фибробетон молодой и перспективный вид материала. Он производится и успешно реализуется более чем в 150 странах мира. Опыт строительства из фибробетона в РФ не достаточно велик. Но опыт европейских стран и США заставляет отечественных специалистов активно продвигать свои наработки и идеи в строительство. Фибробетон отличается от традиционного бетона, имея в несколько раз более высокие показатели по сравнению с ним:

• морозостойкость не ниже F1000.
• водонепроницаемость не ниже W20
• огнестойкость в 4-5 раз выше, чем у бетона
• ударная вязкость в 5-6 раз выше, чем у бетона
• поверхностная пористость не более 2,5% со средними размерами пор 0,3 мм
• шероховатость с отклонениями профиля не более 30 мкм
• сопротивление кавитации;
• сопротивление истиранию.

Это позволяет гарантировать надежную работу конструкций при статическом и ударном нагружении, воздействии агрессивных сред, низких и высоких температур, повысить морозостойкость и пожаростойкость железобетонных конструкций в 3 раза, обеспечить температурную трещиностойкость железобетонных конструкций в процессе строительства и эксплуатации, отказаться от защитного слоя бетона и за счет этого на 10 % уменьшить расход бетона и на 2-3 % увеличить объем помещений, отказаться от нанесения на поверхность бетонных и железобетонных конструкций гидроизоляционных покрытий, уменьшить на 25 – 30 % расход конструктивной арматуры (хомутов), поскольку несъемная сталефибробетонная опалубка выполняет ее функции, обеспечить мониторинг укладки бетона и кинетики его твердения ультразвуковым методом и снизить на 5 – 10 % затраты на исправление брака, снизить в 2 раза расход материалов для создания дезактивируемых покрытий, обеспечить транспортирование листов несъемной сталефибробетонной опалубки на значительные расстояния без повреждений.

Экономическая эффективность сталефибробетонных конструкций по сравнению с железобетонными обуславливается за счет [5]: большого снижения трудоемкости, снижения материалоемкости, повышения долговечности, увеличения межремонтного ресурса, исключения недостатков, присущих стержневому армированию.

Применение несъемной сталефибробетонной опалубки в строительстве АЭС может заметно усовершенствовать технологию возведения основных зданий ядерного острова и сократить сроки производства работ.

3. Традиционные и новые соединения объемных армоблоков

В настоящее время существует несколько типов соединений армоблоков:

• на сварке
• соединение с помощью муфт
• соединение с помощью стыков Передерия

1. Соединение на сварке

Рисунок 1. Соединение на сварке

На территории СССР большое распространение получили сварные стыки. Выпуски продольной арматуры , размещенные в стыках надо соединять встык полуавтоматической сваркой[9].

Соединения при помощи сварки имеют свои недостатки. При выполнении контроля качества свариваемых конструкций, возникают трудности. Невозможно “вырезать” отдельные узлы и испытать в строительной лаборатории. Также, сварные соединения находятся в труднодоступных для осмотра местах. Следовательно, производители работ, должны производить тщательный контроль на всех стадиях сооружения армокаркаса.

Для изготовления сварного соединения требуется сложное сварочное оборудование и высококвалифицированные сварщики.

Одним из самых главных минусов соединения на сварке является появление напряжений сжатия в бетоне и растяжения в арматуре из-за разогрева стыкуемых стержней при сварке. Стыковка стержней при помощи сварки перестала отвечать современным строительным требованиям из-за невысокого темпа производства работ. При сварке стержней на стройплощадке, особенно при вертикальном их расположении, трудности возникают и при подготовительных работах, когда необходимо обеспечить при установке пристыкуемого стержня соосность и необходимую величину зазора в стыке и

выдержать это на протяжении всего периода сварки [9].

Существует еще 1 тип соединения арматурных каркасов с помощью сварки- ванношовная сварка на стальной скобе-накладке.

При ванной сварке расплавление торцов стержней арматуры происходит за счет тепла ванны расплавленного металла, который формируется и удерживается вспомогательными приспособлениями. В качестве таких приспособлений используются накладные элементы [20].

Параметры соединения с помощью ванной сварки [20]:

• равнопрочность соединения;
• высокие требования к квалификации персонала;
• сложность и объем контроля;
• низкая производительность;
• ограничения по ориентации в пространстве при изготовлении стыка;
• повышенные требования к арматурной стали (свариваемость);
• невозможность использования термоупрочненной арматуры

Рисунок.2 Ванношовная сварка на стальной скобе-накладке

Соединение горизонтальных стержней армоблоков традиционно выполнялось с помощью ванной сварки. Однако ванная сварка требует значительных затрат времени, на один стык уходит около одного часа работы квалифицированного специалиста-сварщика. С целью сокращения сроков строительства предложено использование механических соединений арматуры на резьбовых муфтах. Это требует, однако, резкого повышения точности изготовления армоблоков. Для решения этой проблемы в настоящее время проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские проработки [19].

2. Соединение с помощью муфт
2.1. Обжимные муфты

Обжимные соединения получаются из-за многократного последовательного или однократного обжатия гидравлическим прессом арматуры в стальной трубе.

Рисунок 3. Обжимная муфта

Параметры соединения с помощью обжимных муфт [20]:

• простота создания стыка;
• ослабление прочности арматуры;
• прессы для обжатия муфт ограничивают использование соединения в ситуации высокой насыщенности арматуры;
• прессы для обжатия муфт тяжелый, требуют организации специальных подвесок во время монтажа;
• требуется соблюдение требований безопасности при создании соединения;
• поскольку труба, из которой изготавливается муфта, и арматура изготовлены из разных материалов, необходим существенный дополнительный контроль качества стыка;
• качество соединения зависит от качества арматуры и ее параметров;
• существенные размеры муфты
• качество соединения зависит от типа ребер используемой арматуры;
• существенная трудоемкость создания стыка
• низкая повторяемость параметров соединения даже на одинаковой арматуре.

2.2. Резьбовые муфты

Концы стержней проходят подготовку, далее происходит нарезка параллельная метрическая, правая, однозаходная резьба, которая подходит к резьбе муфты.

Соединение монтируется с помощью трубного ключа.

Контролируется такое соединение визуально. Муфту следует навинчивать до положения, при котором она полностью закрывает предварительно нарезанную резьбу.

Рисунок 4. Резьбовая муфта

Параметры соединения с помощью резьбовых муфт [20]:

• равнопрочное соединение, не зависящее от качества бетона и диаметра арматуры;
• минимальные размеры муфты;
• минимальный объем контролирующих мероприятий;
• максимально полная вариативность исполнений;
• возможность укрупнения, ограниченная только возможностями грузоподъемных механизмов;
• высокая скорость подготовки соединения;
• стойкость к циклическим нагрузкам.

Говоря о муфтовых способах соединения армоблоков, стоит отметить существенный недостаток, который заключается в соблюдении соосность стыкуемых стержней, обеспечить которую достаточно тяжело.

При малейших отклонениях от соблюдения соосности стыкуемых стержней, входящих в состав армоблоков, возникают изгибающие напряжения, которые способны буквально разорвать муфтовое соединение.

3. Соединение с помощью стыков Передерия

Рисунок 5. Стыки Передерия

Для сопряжения объемных армоблоков используют стык Передерия. В этом случае объемные армоблоки изготовляют с дугообразными выпусками горизонтальной арматуры, которые при монтаже заводят друг за друга, а в плоскости стыка дополнительно устанавливают вертикальную арматуру на всю высоту панелей и бетонируют стык.

Стык с помощью петлей Передерия является универсальным, обеспечивает работу конструкции не только на срез, изгиб, но и на растяжение.

Недостатком данного вида соединения является возникновение избыточных напряжений в бетоне замоноличивания, в связи с чем происходит разрушение защитного слоя бетона.

4. Соединение с помощью петлевых стыков фирмы Halfen.

Рисунок 6. Соединение с помощью петлевых стыков Halfen HLB Loop Box

Данное соединение армоблочных конструкций может быть применено для стыковки укрупненных конструкций стен и перекрытий.

Технология HLB Loop Box используется, чтобы соединить бетонные элементы друг с другом. Данный способ стыковки объемных армоблоков способен экономить время монтажных работ.

Отличие от стыковки объемных армоблоков с помощью стыка Передерия заключается в том, что в качестве петлевого выпуска вместо стержневой арматуры в качестве петли применяется оцинкованная тросовая.

HLB Loop Box представляет собой закрытую конструкцию, которая состоит из металлической коробки из тонкой жести, внутри которой находится петля из нержавеющей стали (Рисунок 6).

Данная технология применяется в сооружении сборных конструкций панельных жилых домов.

Одним из способов устройства монолитных вертикальных стыков между панелями является применение тросовых петель заключенных в специальные короба, которые при изготовлении стены прикрепляются к опалубке с необходимым шагом анкером петли внутрь [2]. При монтаже тросовые петли извлекаются из коробов, через петли соседних панелей продевается арматурный стержень на всю высоту шва, после чего его омоноличивают. В результате получается междупанельный монолитный шпоночный стык (в котором шпонки образованы коробами петель) с поперечным армированием в виде тросовых петель. Такая методика устройства стыка позволяет упростить процесс (а значит повысить скорость) изготовления панели, в особенности при применении большой номенклатуры панелей в здании [2].

Концы троса петли с ее наружной (задней) стороны соединены между собой и опрессованы стальной втулкой. При изготовлении панели закрытые коробки с вложенными в них гибкими петлями устанавливают в торцы несущего слоя панели анкером внутрь. После бетонирования и набора бетоном панели достаточной прочности и распалубки панели, при монтаже крышки коробов снимают, освобождая тем самым петли. При этом коробка петли образует не загрязненную пылью и другим мусором полость для будущей шпонки вертикального шва между панелями. После освобождения и выправления всех петель в вертикальном стыке в них продевается анкерный стержень длинной равной длине шва (на высоту этажа). Далее происходит замоноличивание шва между стыкуемыми элементами [2].

Технологию стыковки панелей можно применить при изготовлении объемных армоблоков при сооружении объектов атомной отрасли.

Рисунок 7. Соединение с помощью петлевых стыков Halfen HLB Loop Box

Данная технология также позволяет решать проблему стыковки объемных армоблоков, приходящихся друг к другу под углом.

Рисунок 8. Соединение с помощью петлевых стыков Halfen HLB Loop Box примыкания стен угловой и Т-образной конфигурации

• Передача растягивающих усилий в направлении, перпендикулярном ядру замоноличивания

Рисунок 9. Передача растягивающих усилий

Передача нагрузок от натяжения осуществляется через петли. Непосредственно в области замоноличивания шва между стыкуемыми панелями возникает сжимающее усилие. Нагрузки натяжения действуют вертикально к плоскости петли. Они воспринимаются вертикальным арматурным стержнем, который монтируется до замоноличивания стыка между объемных армоблоков.

Минимальная разрывная нагрузка тросса .

;

где -максимальное растягивающее напряжение;

-коэффициент запаса прочности.

При достижении максимального растягивающего напряжения экспериментально было установлено, что петля деформировалась на 0,4 мм [21].

• Передача сдвиговых усилий в направлении, параллельном ядру замоноличивания

Рисунок 10. Передача сдвиговых усилий

Модель передачи сдвиговых усилий показана на Рисунке 10. На рисунке показано, как поперечные нагрузки делятся на растягивающие и сжимающие.

Также следует сказать, что растягивающие и сжимающие напряжения воспринимает непосредственно петля, которая находится в ядре замоноличивания.

Выводы

Проведенный анализ конструктивных решений при создании объемного армоблока позволяет говорить о целесообразности применения данного вида укрупненной конструкции на объектах атомной отрасли, при строительстве основных зданий АЭС.

Применение объемных армоблоков с несъемной сталефибробетонной опалубкой позволит сократить сроки возведения стен и перекрытий, позволит уменьшить ошибки при монтаже конструкций.

Предложенная конструкция стыковки объемных армоблоков с помощью петлевых стыков компании Halfen позволит ускорить сборку укрупненных элементов.

Применение несъемной опалубки ведет к убыстрению процессов монтажа, появляется возможность в кратчайшие сроки устанавливать оборудование, системы трубопроводов.

Введение

В настоящее время в Российской Федерации и за рубежом активно проектируются конструкции для укрупненного строительства. Инженеры стремятся создать универсальную укрупненную конструкцию, с помощью которой можно будет быстро возводить основные сооружения атомных электростанций.

В данной статье произведено сравнение конструкций укрупненных блоков стен, соединенных с помощью гибких петлевых стыков Halfen Loop Box с укрупненными блоками стен, соединенных с помощью жестких петлевых стыков Передерия Г.П.

Применение гибких петлевых стыков дает возможность уменьшить временные издержки, которые возникают при монтаже конструкций основных зданий и сооружений АЭС и перенести производство укрупненных блоков на строительную базу, в условия, приближенные к заводским. Применение петлевых стыков способно ускорить и саму сборку объемных армоблоков и исключить неточности стыковки, которые обычно возникают при соединении армоблоков с помощью традиционных способов организации стыковых соединений с помощью муфт.

Стремление к опыту применения укрупненных блоков может привести к выходу на новые рынки и еще большей прибыли атомной отрасли Российской Федерации.

Обзор литературы

Сравнение-анализ различных типов применяемых соединений для организации стыка стеновых блоков приведен в статье Зимина С.С. и Алексеева Н.С. [1]. Также в указанной статье дана информация о гибких петлевых стыках Loop Box фирмы Halfen.

Исследование гибких петлевых стыков, применительно к жилому строительству приведено в работах Дербенцева И.С. [2-5]. В указанных исследованиях подробно освещено поведение моделей под различными нагрузками, такими как растяжение и сдвиг. В данной статье будет произведено актуализирование полученных результатов для использования в проектировании укрупненных армоблоков при строительстве основных зданий и сооружений атомных электростанций с применением несъемной сталефибробетонной опалубки. В статье приведено экспериментальное исследование гибких петлевых стыков и стыков Передерия Г.П. Также получены значения величины раскрытия трещин в испытуемых образцах, проведен анализ-сравнение численных значений.

Анализ результатов экспериментального исследования гибких петлевых стыков. 

Гибкие стыки были рассмотрены Дербенцевым И.С. в качестве соединения несущих конструкций в крупнопанельных зданиях гражданского строительства. Поэтому обеспечение перераспределения вертикальных и горизонтальных нагрузок между наружными и внутренними стенами требует необходимой прочности стыков на сжатие, растяжение и сдвиг. Для вертикальных соединений основными являются усилия растяжения и усилия сдвига вдоль стыка.

Конструкция стыкового соединения представляет собой закрытую конструкцию, которая состоит из металлического короба из тонкой жести, внутри которого находится петля из нержавеющей стали. При монтаже, короба прикрепляются к опалубке  с необходимым шагом, анкером петли внутрь. Далее тросовые петли извлекаются из коробов, через петли соседних объемных армоблоков продевается арматурный стержень на всю высоту блоков, после чего образовавшийся шов замоноличивают. В результате получается монолитный шпоночный стык (в котором шпонки образованы коробами петель). Рассмотренная методика устройства стыка позволяет упростить процесс (а значит повысить скорость) изготовления объемного армоблока. Концы троса петли с ее наружной стороны соединены между собой и опрессованны стальной втулкой [1]. Такая технология применяется при сооружении панельных жилых домов при организации стыков панелей. При изготовлении объемных армоблоков с несущей фибробетонной опалубкой следует отказаться от армирования с выпусками, которое применяется при организации стыков. На Рисунке 1 показано расположение петли относительно арматурных стержней в стыкуемых блоках.

Рисунок 1. Соединение с помощью петлевых стыков Halfen HLB Loop Box [1].

Далее будут рассмотрены опытные образцы, испытание которых освещено в трудах Дербенцева И.С.

Рассмотрим вертикальное стыковое линейное соединение двух стеновых блоков. Использовались образцы с шириной вертикального стыка =90 мм. Использовались гибкие петлевые соединения фирмы Peikko со шпонками размером 160x20x50 мм с анкерной петлей длиной 250 мм.

Рисунок 2. Вертикальный шов с применением гибких тросовых петель перед замоноличиванием стыка (а), гибкая тросовая петля (б). [2]

1-стеновые панели, 2-жестяная коробка, 3-тросовая петля.

Изготовленные экспериментальные образцы нагружались последовательно растягивающим или сдвигающим усилием. В итоге была получена картина разрушений, были проанализированы величины раскрытия трещин.

Рисунок 2. Схема разрушения образцов на: растяжение (а), сдвиг (б) [2].

Проведенные экспериментальные исследования позволили установить характер работы шпоночных стыков с петлевым поперечным армированием на сдвиг и на растяжение. По результатам испытаний сформулированы выводы:

- в предложенном диапазоне характеристик прочности и деформируемости материалов, работающих на сдвиговые деформации, образцы разрушались одинаково – образовывалась вертикальная наклонная трещина, которая проходила в границах ширины вертикального шва;

-происходило вырывание анкерной петли в тех случаях, когда прикладывалось растягивающее усилие, разрушение замоноличивающего слоя наблюдалось в местах стыковки с основным бетоном панелей

- определяющим фактором, который характеризует прочность гибкого петлевого стыка на восприятие сдвиговых усилий, является прочность шва замоноличивания.

- при проведении эксперимента был получен тот факт, что при использовании стыкового соединения с обратными гранями шпонок, возрастала несущая способность бетона замоноличивания, сопротивляемость к сдвиговым нагрузкам.

- при эксперименте использовались разные виды и формы шпоночных соединений в составе стыка с гибкими петлями. Было установлено, что геометрические параметры не играют существенную роль в работе стыкового соединения.

Анализ результатов экспериментального исследования соединения блоков с помощью стыков Передерия Г.П.

Постановка настоящих исследований обусловлена острой необходимостью расширения на объектах атомного энергетического строительства номенклатуры стыков рабочей арматуры с целью снижения трудоемкости их изготовления и ускорения сроков строительства без ущерба надежности и безопасности АЭС.

Испытанию подлежали образцы, выполненные в виде монолитных железобетонных плит с моделями арматурных стыков.

Испытания образца происходило по схеме четырех точечного нагружения на статическую нагрузку, создаваемую ступенчато с нарастанием ступеней до полного разрушения.

Были созданы следующие нагрузки:

1 ступень – 1260 кН;

2 ступень – 1750 кН;

3 ступень – 2240кН;

4 ступень – 2750 КН (максимальная нагрузка).

Максимальные перемещения центра плиты по данным датчика перемещения:

1 ступень – 20,0 мм(центр), 12,3 и16,8 мм(края);

2 ступень – 29,7 мм(центр), 14,7 и20,6 мм(края);

3 ступень – 35,7 мм(центр), 16,6 и22,1 мм(края);

4 ступень – 192,1 мм(центр), 14,3 и56,1 мм(края).

Рисунок 3. Схема нагружения образца

Максимальный прогиб определялся по показаниям датчиков перемещения простым сложением среднего значения перемещения концов и центра плиты с учетом направления (знака) перемещения. Т.о. прогибы на каждой ступени нагружения составили,

соответственно:

4,9 мм;

12,1 мм;

16,4 мм;

122,7 мм.

Рисунок 4. Последняя ступень нагружения. Разрушение образца. Картина образования трещин вблизи петлевого стыка.

Рисунок 5. Ядро петлевого стыка. Трещины только в защитном слое бетона.

На рисунке 6 представлена диаграмма «нагрузка – перемещение» для испытуемого образца.

Рисунок. 6. Диаграмма усилие- перемещения для испытуемого образца.

Рисунок. 7. Схема нагружения образца

Таблица 2. Результаты испытания образца

При проведении испытаний стыков Передерия Г.П. были получены экспериментальные данные, которые требуют сравнения с испытаниями гибких петлевых стыков. При детальном рассмотрении полученных цифровых значений, следует вывод о величине раскрытия трещин в случае использования гибких петлевых стыков и жестких стыков Передерия. Они сравнимы по цифровому значению, и при одинаковых нагрузках. Также, характер разрушения испытываемых образцов дает представление о растрескивании бетона по границе крайних петель при применении стыка Передерия Г.П. Этот факт дает преимущества гибким петлевым стыкам, при использовании которых не наблюдается разламывание защитного бетонного слоя петель.

Выводы

В ходе проведенного анализа испытаний образцов гибких петлевых стыков и жестких стыков Передерия Г.П. были рассмотрены экспериментальные данные. При замене муфтовых стыковых соединений на соединения с помощью стыков Передерия Г.П. была получена диаграмма, которая демонстрирует целесообразность использования стыковых соединений с помощью жестких петель Передерия. Перемещения при одинаковых нагрузках оказались почти схожими.

При использовании гибких тросовых петель удается частично избежать тех разрушений, которые возникают в бетоне при использовании жестких тросовых петель.

В дальнейшем, при проведении расчетов будут получены сопоставляемые данные для проведения анализа.

Основываясь на полученных экспериментальных данных, в дальнейшем следует произвести расчеты по пространственной модели.