Влияние диаметра проволоки на жесткость сварной сетки: как толщина арматуры влияет на прочность, прогиб и выбор для фундамента, полов и ЖБК

Строители устанавливают сварные сетки для армирования ж/бетонных конструкций, фундаментных плит, бетонных полов, стяжек, дорожных покрытий, подпорных стенок и монолитных частей. В разных железобетонных конструкциях армирование планируют с разными эксплуатационными параметрами и свойствами. В основном его определяет диаметр проволоки или стержневой арматуры. Так как от толщины проволоки или стержней зависит жесткость сетчатого полотна, его несущая способность, устойчивость к деформациям и прочность. 

Для строительства такие свойства важны, как для тонких проволочных сетчатых полотен (диаметр 2,5-5 мм), так и для сетчатых плоских карт из стержневой арматуры (4-16 мм).

Выпуск и параметры сварных арматурных сеток регламентируются ГОСТ 23279-12, а условия к арматурному прокату ГОСТ 34028-16.

Что понимают под жесткостью сварной сетки

Это свойство сетка проявляет, когда под влиянием монтажных и эксплуатационных нагрузок оказывает сопротивление изгибу, кручению, локальным деформациям.

Это свойство проявляется на практике когда сетчатая карта:

• сохраняет геометрические размеры при ее перевозке и монтаже;
• выдерживает нагрузки при бетонировании и схватывании бетона;
• выдерживает виброуплотнение без деформаций и разрушений сварных швов;
• распределяет нагрузки в железобетонном элементе;
• сопротивляется образованию и расширению трещин.

Какие параметры и факторы учитывают при планировании армирования, которые влияют на жесткость сеток:

• диаметр проволоки или стержневой арматуры;
• класс арматурной стали;
• размер ячеек;
• число продольных и поперечных элементов;
• качество сварных швов;
• пространственная схема армирования.

Однако из всех параметров толщина проволоки будет наиболее сильно влиять на жесткость при изгибе.

Почему увеличение диаметра резко повышает жесткость

Механическая жесткость металлического круглого стержня определяется моментом инерции его сечения. Значение момента инерции зависит от четвертой степени диаметра.

То есть осевой момент инерции I = 3.14*d4:64;

полярный момент инерции при работе на кручение I = 3.14*d4:32.

Из формул видно, что даже небольшое увеличение круглого сечения существенно повышает сопротивление изгибу.

Например:

• стержень 6 мм жестче проволоки 4 мм примерно в 5 раз;
• стержень 12 мм жестче стержня 8 мм больше, чем в 5 раз;
• у арматуры 16 мм изгибу примерно в 16 раз выше, чем у арматуры 8 мм.

Поэтому жесче других тяжелые сетки из арматуры 10–16 мм. Они сохраняют геометрию под высокой нагрузкой и соответствуют расчетам для ответственных железобетонных конструкций.

Какими критериями оценивают жесткость сварной сетки

В технической документации это свойство редко выражается одним значением. На практике ее оценивают через комплекс характеристик.

при изгибе

Чтобы определить сопротивление сетчатого армирования прогибу под нагрузкой, рассчитывают:

• момент инерции всей сетки, он равен сумме моментов инерции для каждой проволоки, I = (Iпр + Апр* d2). Здесь Iпр момент инерции для отдельной проволоки или стержня, Апр площадь сечения;
• модуль упругости стали, который увеличивается с ростом диаметра;
• прогиб под заданной нагрузкой определяется при испытаниях.

Чем толще стержневая арматура или проволока, тем меньше прогиб сетчатого полотна или плоской карты.

Пространственная устойчивость

Показывает способность карты не изменять геометрические размеры при:

• подъеме, укладке и монтаже между отдельными картами;
• умеренных динамических нагрузках (ходьбе монтажников);
• монолитном бетонировании, виброуплотнении бетона и его схватывании.

Сетчатые полотна из тонкой проволоки могут деформироваться при переносе и монтаже, тогда как тяжелые карты сохраняют геометрию практически без дополнительных опор.

Сварные узлы

Прочные сварные швы при контактной сварке обуславливают работу сетчатого полотна как единой системы. К качеству сварных швов в ГОСТ 23279-12 есть условия.

• Прочность сварных соединений должны обуславливать работу сетки с напряжениями не меньше ее расчетных сопротивлений.
• Нормируемую прочность сварных соединений достигают с учетом ГОСТ 10922-12 п. 5/14, 5/16.

Недостаточная прочность сварки ведет к потере общей жесткости сетчатого армирования даже при большом диаметре арматуры.

Несущая способность армирования

Жесткость сетчатой карты влияет на работу с напряжениями в железобетоне.

С увеличением диаметра растет:

• площадь рабочего сечения;
• устойчивость к растяжению;
• устойчивость к образованию трещин в бетонном элементе;
• восприятие динамических нагрузок.

Влияние диаметра на надежность сварной сетки

Толщина проволоки существенно влияет на срок службы армирования.

Снижение уязвимости от коррозии

Чем тоньше стержень, тем быстрее он теряет рабочее сечение от коррозии.

Например:

• коррозионная потеря 0,5 мм для проволоки 3 мм уменьшает сечение почти на 31%;
• аналогичная потеря для арматуры 12 мм снижает сечение менее чем на 8%.

Поэтому сетки сваренные из более толстой проволоки или стержневой арматуры значительно устойчивее к длительной эксплуатации в агрессивной среде.

Устойчивость к циклическим нагрузкам

Сегодня выпускают прокат, который может выносить многократные циклические нагрузки. Но даже если сетчатые карты сварены из стандартного проката увеличенного диаметра, то они хорошо работают: 

• в промышленных бетонных полах;
• дорожных покрытиях для спецтехники;
• фундаментах под оборудование;
• перекрытиях с переменными нагрузками.

Достаточная жесткость снижает амплитуду микродеформаций и усталостное разрушение сварных соединений.

Стабильность защитного слоя бетона

Жесткое сетчатое полотно более стабильно, оно не смещается при бетонировании, благодаря чему сохраняется его проектное положение и толщина защитного слоя.

Это критически важно для:

• мостовых конструкций;
• фундаментов;
• плит перекрытий;
• наружных железобетонных элементов.

Роль класса арматуры по ГОСТ 34028-2016

По ГОСТ 34028/16 сварные сетки выпускают из разных классов арматурного проката.

 Классы, которые применяют чаще других:

• В500С;
• А500С;
• А400;
• А240.

От класса арматурного проката зависит:

• предел текучести;
• пластичность;
• свариваемость;
• сопротивление усталости.

При равном диаметре у сетки из арматуры класса А500С больше несущей способности, чем у сетки из стали более низкого класса.

Однако повышение класса стали не заменяет увеличение диаметра, если планируют высокую пространственную жесткость.

Где применяют сетки разной жесткости

Выбор армирования зависит от типа бетонной конструкции и нагрузок на нее.

Из проволоки 2,8-5 мм

Такое сетчатое армирование монтируют для:

• бетонных стяжек:
• штукатурных отделочных слоев:
• дорожных покрытий:
• малонагруженных плит:
• кладочных швов;
• легких ж/бетонных элементов.

Это армирование для распределения напряжений при усадке бетона и защиты от локального растрескивания.

Из проволоки 6–10 мм

Устанавливают в:

• плитных фундаментах;
• плитах перекрытия;
• монолитных поясах;
• промышленных полах;
• подпорных стенах.

Арматура с таким диаметром рабочая, она будет принимать расчетные нагрузки.

Из арматурного стержневого проката 10–16 мм

Устанавливают в ж/бетонных конструкциях с высокими нагрузками:

• дорожные, аэродромные плиты для спецтехники;
• массивные фундаменты;
• части гидротехнических сооружений;
• элементы мостов;
• производственные полы;
• ж/бетонные опоры.

У такого сетчатого армирования высокая пространственная стабильность и способность принимать существенные изгибающие и динамические нагрузки.

Диаметр проволоки или арматурного стержня это то, что определяет жесткость и надежность сварной сетки.

С ростом диаметра возрастает:

• сопротивление изгибу;
• пространственная стабильность;
• несущая способность;
• устойчивость к деформациям;
• надежность армирования.

Сетки из проволоки 2,8–5 мм эффективны для распределительного и усадочного армирования, тогда как из арматуры 8–16 мм применяются в ответственных ж/бетонных конструкциях с высокими эксплуатационными нагрузками.

При выборе сетчатых метизов учитывают площадь армирования, планируемую жесткость конструкции, условия бетонирования, динамические нагрузки и срок ее службы. Поэтому строительные проекты монтируют сварные сетки с точно рассчитанными параметрами жесткости и прочности в соответствии с ГОСТ 23279/12 и ГОСТ 34028/16.