Разрушение по растянутой зоне было достигнуто путем снижения количества продольной арматуры у нижней грани ростверка.

При исследовании растянутой зоны восьми – свайных ростверков, было испытано два образца – РК-2, армированный сеткой, и РК-5 с концентрированным армированием.

Характеристики опытных образцов приведены в табл.1. На рис.1 показано армирование опытных образцов с количеством свай, равным восьми, в табл.2 представлена спецификация арматуры.

	Номер позиции	Обозначение	Наименование	Кол-во	Примечание
		РК-2 РК-5	Ростверк под колонну	1 шт. 1 шт.	η = 8 μs min
		C-2	Сварная сетка
	1		Ø 4 Вр –І  = 0,82	21
	2		Ø 5 Вр –І  = 1,32	11

Нагружение ростверков производили гидравлическим домкратом ДГ-200 через металлическую пластину, имитирующую колонну.

В образце РК-2 первыми образовались нормальные трещины по про­дольной стороне в пролетах при Р=0,52 Р_разр (рис. 2 (фото)). С даль­нейшим увеличением нагрузки эти трещины развивались слабо. Одновре­менно с ними появились наклонные трещины, исходящие от средних опор по направлению к крайним. При нагрузке, близкой к разрушающей, появилась трещина в середине пролета в поперечном направлении. На подошве ростверка наблюдалась серия трещин вдоль арматурных стержней, расположенных в средней части конструкции. В зоне наиболее удаленных свай трещины отсутствуют (рис. 3 (фото)).
Характер трещинообразования РК-5 во многом похож на РК-2. Отли­чительной особенностью является то, что все трещины появились почти одновременно. Этот образец оказался прочнее в 1,17 раза по сравнению с РК-2, армированным сеткой (рис. 2 – 4).

Схема разрушения РК-2, РК-5
Разрушение образцов произошло по растянутой зоне при активном развитии трещин на подошве ростверков в среднем пролете. Наклонные трещины образовывались с внешней стороны средних опор и развивались по высоте ростверка в сторону крайних. Концентрация арматуры не по­влия­ла на процесс трещинообразования, но способствовала увеличению прочности образца.

Для испытаний проектировались образцы в виде моделей в масштабе 1:3. Образцы изготавливались в заводских условиях. Нагружение ростверков производили гидравлическим домкратом.

Испытаны ростверки под колонну с числом свай 6 и 8. Армирование образцов осуществлялось сварными сетками.

Полученные сведения о характере образования и развития трещин позволяют произвести их классификацию и выделить две группы. Первая группа включает нормальные трещины, образованные в растянутой зоне, т.е. у нижней грани ростверка. Здесь два вида трещин Т-nР и Т-Р, образованные соответственно в продольном и поперечном направлениях. Как правило, они появляются первыми и при большом проценте армирования развиваются слабо. Для ростверков с малым процентом армирования эти трещины являются разрушающими (рис. 1).

а 

б 

Рис. 1 Классификация трещин. Схемы разрушения для шести- и восьмисвайных ростверков:
а – по сжатой зоне; б – по растянутой зоне

Вторая группа объединяет наклонные трещины, развивающиеся от опор или по направлению к ним. Первый вид – наклонные трещины Т-Г. Они выделяют наклонные сжатые полосы бетона. При большем проценте армирования развиваются от внутренней грани сваи-опоры до колонны. С ростом нагрузки их ширина раскрытия увеличивается, и трещины становятся критическими. При небольшом проценте армирования трещины Т-Г развиваются от наиболее нагруженных свай, находящихся возле колонны, и почти достигают верхней грани ростверка над крайними опорами. При этом они не являются разрушающими, а отделяют сильно нагруженную часть ростверка под колонной от малонагруженной возле крайних свай. Второй вид – трещины Т-С, которые располагаются внутри сжатых потоков, находящихся между грузовыми и опорными площадками (рис. 1).

Трещинообразование при многорядном расположении свай имеет отличия от трещинообразования других ростверковых конструкций. Пространственное расположение сжатой полосы бетона существенно влияет на время появления трещин на поверхности ростверка. Этим можно объяснить отсутствие трещин на боковых гранях ростверка, несмотря на рост внешней нагрузки. Очевидно, физическая работа ростверка по мере увеличения нагрузки сопровождается накоплением микротрещин в наклонной сжатой полосе, расположенной между колонной и опорой-сваей. При образовании микротрещин увеличивается объем сжатой полосы, и в момент её разрушения, описанные выше трещины появляются на боковых поверхностях ростверка. При этом разрушающая сила увеличивается примерно на 15 %. Рост разрушающей нагрузки после возникновения предельного состояния в сжатых полосах бетона можно назвать эффектом пространственной работы ростверков.

В результате экспериментальных исследований получены три схемы разрушения.

Разрушение по сжатой зоне. Признаком разрушения является развитие наклонных трещин в бетоне между грузовой и опорными площадками. Может наблюдаться раздробление бетонных полос, т.е. присутствие серии наклонных трещин.

Разрушение по растянутой зоне. Признаком разрушения является активное развитие трещин между сваями-опорами и на подошве ростверка. При этом происходит разделение ростверка сквозными вертикальными трещинами.

Смешанное разрушение, т.е. разрушение ростверков по сжатой и растянутой зонам одновременно. Признаком разрушения является активное развитие трещин над сваями-опорами и в пролете между ними.

Остановимся на влиянии основных факторов на образование и развитие трещин в ростверках.

Процент армирования растянутой зоны ростверка влияет на схему разрушения (по сжатой зоне, по растянутой зоне, смешанное) и на прочность ростверка в целом. В наших экспериментах при увеличении процента армирования с 0,18% до 1,2% разрушающая сила повысилась в 2,5 раза.

Концентрация стержней над сваями-опорами увеличивает разрушающую силу на 12% и более, но не меняет характер трещинообразования.

Изменение центра приложения нагрузки, то есть наличие эксцентриситета, также как и частичное выключение свай из работы или неравномерная осадка свай приводит к несимметричному появлению и развитию трещин и к уменьшению разрушающей силы.

Особенностью развития трещин в многорядных ростверках под колонны является криволинейная траектория граничных трещин полуарочного очертания. Эти трещины выделяют участок ростверка над наиболее нагруженными сваями, близко расположенными к колонне, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Они подчеркивают пространственный характер работы ростверков.

В ходе физического эксперимента было установлено влияние на прочность ростверка не только процента армирования, но и вида армирования: обычная арматурная сетка с равномерным распределением стержней по площади, либо сетка с концентрацией стержней над опорами.

Продольное армирование растянутой зоны ростверка является важнейшим фактором, который влияет и на характер образования трещин, схему разрушения, и в итоге на прочность ростверка. В наших экспериментах 6-ти и 8-ми – свайных ростверков при увеличении процента армирования с 0,18% до 1,1% разрушающая сила повысилась в 2,5 раза. При исследовании растянутой зоны ростверка, когда процент армирования был снижен до 0,18% , выявлено, что концентрация рабочей продольной арматуры над сваями повышает разрушающую силу в 1,17 раза по сравнению с армированием сеткой (рис.1,2).

Рис. 1. Схемы армирования образцов с небольшим процентом армирования μ_s = 0,18 %:
а ) армирование сеткой, б ) концентрированное армирование

Рис. 2. Зависимость разрушающей силы от схемы и процента армирования:
1 – армирование сеткой; 2 – концентрированное армирование

На основе показаний индикаторов часового типа отмечено, что концентрация арматуры над опорами привела к более равномерному распределению усилий между ними (рис.3).

Рис. 3. Усредненные деформации сжатия над сваями-опорами
в восьмисвайном ростверке в зависимости от типа армирования 1; 2; 3:

1 – РК-1 (μ_s,max=1,2 %); 2 – РК-5 (μ_s,min=0,18 %) – концентрированное армирование;

3 – РК-2 (μ_s,min =0,18 %) – сетка

Таким образом, с концентрацией арматуры над сваями повышаются эффективность её использования и разрушающая сила.

Эпюры растягивающих напряжений имеют максимальные значения в центральной зоне расположения свай и уменьшаются с удалением свай от колонны.

На рис. 4 показано распределение растягивающих деформаций в нижней части образца РК-1 по показаниям тензодатчиков, расположенных на арматуре. В средней части ростверка арматура испытывала наибольшие растягивающие напряжения. До образования трещин (рис. 4а) растягивающие деформации в средних стержнях продольной арматуры больше, чем в крайних стержнях. После образования трещин (Р=0,6 Р_разр) произошло перераспределение усилий в арматуре (рис. 4б). Деформации в средних продольных стержнях стали близки по значению. Деформации арматуры в среднем пролете над опорами остались по-прежнему больше деформаций арматуры в крайнем пролете.

    а ) Р = 50 т

б) Р = 50 т

Рис. 4. Эпюры распределения деформаций удлинения в арматуре
по показаниям тензодатчиков (РК-1)

Следовательно, принцип рационального армирования растянутой зоны должен заключаться в расположении рабочих стержней в местах с максимальными растягивающими усилиями.