Общие сведения. Классификация бетонов. Структура бетона. Усадка бетона. Прочность бетона, классы и марки бетона. Деформативные свойства бетона.

Содержание

Лекция № 1. Введение 2

Краткий исторический обзор.Сущность железобетона. Достоинства и недостатки железобетонных конструкций.

Лекция № 2. Бетон.. 7

Лекция № 3. Арматура 14

3.1. Виды арматуры. Физико-механические свойства и классификация арматуры. Применение арматуры в конструкциях и арматурные изделия, соединения арматуры. Неметаллическая арматура.

Лекция № 4. железобетон.. 19

Сцепление арматуры с бетоном , условия совместной работы бетона и арматуры. Анкеровка арматуры в бетоне. Защитный слой бетона.

Собственные напряжения в железобетоне. Коррозия железобетона и меры защиты от нее.

Лекция № 5. Предварительно напряженные конструкции 22

Сущность предварительного напряжения в конструкциях. Значения предварительных напряжений. Потери предварительных напряжений

Лекция № 6. Основы теории сопротивления железобетона 25

Стадии напряженно-деформированного состояния (НДС). Метод расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям.

Лекция № 7. Конструктивные особенности железобетонных элементов 31

Конструирование изгибаемых элементов. Конструирование сжатых элементов. Конструирование растянутых элементов.

Лекция № 8. Расчет прочности нормальных сечений железобетонных элементов.. 36

Расчет прочности изгибаемых элементов. Расчет прочности внецентренно-сжатых элементов. Расчет прочности внецентренно растянутых элементов.

Лекция № 9. Расчет прочности наклонных сечений железобетонных элементов. Расчет железобетонных элементов на локальные нагрузки и усиленных косвенной арматурой 46

Расчет прочности изгибаемых элементов по наклонным сечениям. Сжатые элементы, усиленные косвенным армированием. Расчет прочности элементов на местное действие нагрузки.

Литература.. 52

Лекция № 1. Введение

Краткий исторический обзор

Железобетон по сравнению с другими строительными материалами появился сравнительно недавно и почти одновременно в Европе и Америке. Его история насчитывает не более 150 лет. Однако к настоящему времени он получил самое широкое распространение в строительстве, имеет свою историю и своих выдающихся деятелей.

Появление железобетонных конструкций связано с большим ростом промышленности, транспорта и торговли во второй половине XIX в.

Исследования покрытий Царскосельского Дворца показали, что русские мастера еще в 1802 г. применяли армированный бетон, однако они не считали, что получили новый строительный материал, и не патентовали его.

Первым изделием из железобетона была лодка, построенная Ламбо во Франции в 1850 г. Первые патенты на изготовление изделий из железобетона были получены Монье в 1867... 1870 гг. В 1892 г. французский инженер Ф. Геннебик предложил монолитные железобетонные ребристые перекрытия и ряд других рациональных строительных конструкций. В России железобетон стали применять с 1886 г. для перекрытий по металлическим балкам.

В 1885 г. в Германии инж. Вайс и проф. Баушингер провели первые научные опыты по определению прочности и огнестойкости железобетонных конструкций, сохранности железа в бетоне, сил сцепления арматуры с бетоном и пр. Тогда же впервые инж. М. Кёнен высказал предположение, подтвержденное опытами, что арматура должна располагаться в тех частях конструкции, где можно ожидать растягивающие усилия.

В 1886 г. М. Кёнен предложил первый метод расчета железобетонных плит, который способствовал развитию интереса к новому материалу и более широкому распространению железобетона в Германии и Австро-Венгрии.

В 1891 г. талантливейший русский строитель проф. Н. А. Белелюбский первым провел серию испытаний железобетонных конструкций: плит, балок, арок, резервуаров, силосов для зерна, моста пролётом 17 м. В 1911 г. в России были изданы первые технические условия и нормы для железобетонных сооружений.

Конец XIX в. можно считать началом первого этапа в развитии железобетона. С этого времени повсеместно вошел в практику и метод расчета бетонных конструкций по допустимым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов.

В 1904 г. в г. Николаеве по проекту инженеров Н. Пятницкого и А. Барышникова был построен первый в мире морской маяк из монолитного железобетона высотой 36 м, со стенами толщиной 10 см вверху и до 20 см внизу.

Впервые идея предварительного напряжения элементов, работающих на растяжение, была выдвинута и осуществлена в 1861 г. русским артиллерийским инж. А. В. Гадолиным применительно к изготовлению стальных стволов артиллерийских орудий.

После революции железобетонное строительство в России получило невиданный в мире размах. Необходимость максимально экономить материал и снижать стоимость железобетонных конструкций вынуждала советскую школу учитывать все наиболее передовое в европейской и американской практике и широко развивать собственные теоретические и экспериментальные исследования в области железобетона. Это, в свою очередь, способствовало значительному расширению применения железобетона в гидротехническом и жилищно-гражданском строительстве.

В 1925... 1932 гг. советские ученые В. М. Келдыш, А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев. П. Л. Пастернак и другие на базе широких экспериментальных работ разработали общие методы расчета статически неопределимых стержневых систем (арок и рам), которые позволили запроектировать и построить много уникальных для своего времени общественных и промышленных зданий из железобетона: Центральный телеграф, Дом «Известий», здания министерств легкой промышленности и земледелия в Москве, почтамт и Дом промышленности в Харькове, Дома Советов в Ленинграде, Минске, Киеве и ряд других крупных сооружении.

В гидротехническом строительстве впервые железобетон был применен при строительстве Волховской ГЭС (1921... 1926 гг.), крупнейшей по тому времени. Вслед за Волховской ГЭС были построены ДнепроГЭС (1927... 1932 гг.), Нижне-Свирская ГЭС (1928... 1934 гг.), в которых бетон и железобетон применялись еще более широко.

Примерно в 1928 г. железобетон стал широко использоваться в строительстве тонкостенных пространственных конструкций: разнообразных оболочках, складах, шатрах, сводах и куполах. Советский ученый В. 3. Власов первым разработал общий практический метод расчета оболочек, значительно опередив зарубежную науку в этой области. Первый тонкостенный купол значительного диаметра (28 м) был построен в 1929 г. в Москве для планетария, а самый большой в то время гладкий купол диаметром 55, 5 м был сооружен в 1934 г. над зрительным залом театра в Новосибирске. Конструкцию купола разработал инж. Б. Ф. Матери по идее и под руководством П. Л. Пастернака.

Применение в строительстве рамных и тонкостенных пространственных систем с использованием их жесткости и монолитности следует считать вторым этапом в развитии железобетона.

В 1936 г. в СССР впервые был применен предварительно напряженный железобетон для изготовления опор канатной сети на закавказских железных дорогах. Широкому внедрению предварительно напряженных железобетонных конструкций во многом способствовали работы ученых В. В. Михайлова, А. А. Гвоздева, С. А. Дмитриева и др.

На основе глубокого изучения физических и упругопластических свойств железобетона, а также экспериментальных данных А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев и другие (1931... 1934 гг.) создали теорию расчета железобетона по разрушающим усилиям. Она была положена в основу норм (ОСТ 90003-38), по которым рассчитывали все промышленные и гражданские здания и сооружения.

Широкую индустриализацию железобетонного строительства, развитие предварительно напряженных конструкций, внедрение высокопрочных материалов и разработку нового метода расчета железобетонных конструкций следует считать началом третьего этапа в развитии железобетонных конструкций. Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1965 г. башня Большого московского телецентра общей высотой 522 м.

Железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции широко используют в капитальном строительстве при воздействии температур не выше 50 °С и не ниже -70 °С. В каждой отрасли промышленности и жилищно-гражданском строительстве имеются экономичные формы конструкций из сборного, монолитного или сборно-монолитного железобетона.

Во многих случаях конструкции из железобетона (особенно предварительно напряженного) целесообразнее каменных или стальных. К ним относятся: атомные реакторы, мощные прессовые устройства, морские сооружения, мосты, аэродромы, дороги, фабрично-заводские, складские и общественные здания и сооружения; тонкостенные пространственные конструкции, силосы, бункера и резервуары; напорные трубопроводы; фундаменты под прокатные станы и под машины с динамическими нагрузками, башни, высокие дымовые трубы, сваи, кессонные основания, подпорные стены и многие другие массивные сооружения.

Большое применение железобетон находит при устройстве набережных, тепло- и гидроэлектрических станций, плотин, шлюзов, доков и других гидротехнических сооружений. Железобетон является незаменимым строительным материалом в санитарно-техническом и подземном строительстве. Он в значительной степени вытеснил древесину и металл при горных разработках. В строительстве железобетонных судов и плавучих доков Россия достигла значительных результатов. На изготовление железобетонных линейных конструкций расходуется в 2...3 раза, а на изготовление плит, настилов, труб в 10 раз меньше металла, чем на стальные конструкции.

В строительстве применяются:

1. Сборные конструкции – конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов.

2. Монолитные конструкции – конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке.

3. Сборно–монолитные конструкции – комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемый на месте строительства, работает под нагрузкой как одно целое.

Железобетонные конструкции, особенно предварительно напряженные, получили массовое использование в строительстве и имеют широкую перспективу для дальнейшего развития.

Основными направлениями в совершенствовании железобетонных конструкций (снижение стоимости при одновременном повышении качества) являются:

1) удовлетворение требований непрерывно развивающихся «Технических правил но экономному расходованию строительных материалов» (ТП-101-81);

2) применение конструктивных решений, снижающих массу конструкций и позволяющих наиболее полно использовать: физико-механические свойства исходных материалов, местные строительные материалы, бетоны высоких классов (40 и выше), лёгкие бетоны, холодную пропитку бетонов мономерами и высокопрочную арматуру (1000 МПа и выше), механизированное и автоматизированное изготовление конструкций;

3) повышение долговечности, надежности и технологичности конструкций, снижение их приведённых затрат, материалоёмкости, энергоёмкости, трудоемкости изготовления и монтажа;

4) разработка новых, уточнение и упрощение существующих методов расчета конструкций, особенно пространственных, тонкостенных и с предварительным напряжением арматуры;

5) развитие методов расчета с использованием ЭВМ и высокопроизводительных методов конструирования (САПР), технологии изготовления и возведения конструкций сборных, сборно-монолитных и монолитных;

6) повышение качества, упрочнение и удешевление стыков сборных и сборно-монолитных конструкций;

7) изучение физико-химических и механических процессов взаимодействия стальной арматуры с бетоном в целях наиболее эффективной борьбы с появлением и раскрытием трещин в конструкциях;

8) совершенствование методов подбора и изготовления бетона (особенно легкого и ячеистого), с тем чтобы получать железобетон с заранее заданными свойствами;

9) повышение сейсмической и динамической стойкости конструкций;

10) увеличение долговечности конструкций в зданиях с агрессивными средами, а также при эксплуатации в низких и высоких температурах.

Основным направлением технической политики в области строительства являются снижение его стоимости, энергоемкости и трудоемкости при высокой долговечности и надежности зданий, повышение технологичности как отдельных элементов, так и конструкций в целом. К настоящему времени наибольшее распространение в жилищно-гражданском строительстве получили полносборные каркасные и бескаркасные многоэтажные здания и здания из объемных элементов.

Под каркасными понимают здания, основной несущей конструкцией которых является железобетонный каркас, состоящий из колонн и ригелей или из одних колонн (при безригельной схеме). Безригельная схема уменьшает количество монтажных элементов, общую массу железобетонных конструкций, исключает устройство трудоемких консолей на колоннах и упрощает монтаж каркаса. Каркасные здания из-за относительно большого количества сборных элементов оказываются более трудоемкими в изготовлении и монтаже и менее экономичными по сравнению с бескаркасными зданиями. Они целесообразны при высоте зданий не менее 10 этажей и широком применении в ограждающих конструкциях (панели наружных и внутренних стен), панелях перегородок, перекрытиях легких тепло- и звукоизоляционных материалов.

Под бескаркасными понимают здания, в которых полностью отсутствуют колонны, ригели и обвязки. Состоят они из крупных элементов (чаще всего размером на комнату) — панелей стен, перегородок и плит перекрытий. Бескаркасные крупнопанельные здания строят в основном с несущими поперечными стенами с шагом до 6 м и более. В таких зданиях полностью используют несущую способность поперечных стен. Панели наружных стен выполняют только теплозащитные функции, поэтому их изготовляют из легкого местного материала.

В бескаркасных зданиях, по сравнению с каркасными, в среднем на 20% сокращается число монтируемых элементов и выравнивается их масса, вследствие чего снижаются сроки строительства и уменьшаются приведенные затраты. В них представляется возможность передачи усилий через подстилающий растворный слой, что позволяет на 60... 70% сократить массу металлических закладных частей и повысить капитальность зданий в отношении повреждения закладных стальных деталей коррозией или огнем.

Под зданиями из объемных элементов понимают здания, монтируемые из крупных объемных блоков. Их конструктивная схема в большинстве случаев является бескаркасной. Эти здания особенно перспективны, так как в большей степени отвечают требованиям индустриализации и позволяют почти полностью перевести строительство зданий на заводской конвейер, включая весь комплекс санитарно-технических, электромонтажных и архитектурно-отделочных работ. На строительной площадке выполняют лишь монтаж готовых квартир.

Многоэтажные производственные каркасные здания с балочными перекрытиями получили широкое распространение в химической, радиотехнической и других отраслях промышленности. По этой схеме строят также многие общественные здания.

Увеличение числа этажей сказывается главным образом на усилении сечения колонн и вертикальных связевых диафрагм нижних этажей, что меньше влияет на затраты материалов и общую стоимость здания, чем увеличение толщины несущих панелей в бескаркасных зданиях. В каркасных зданиях целесообразно горизонтальные нагрузки передавать ядру жесткости из монолитного железобетона. Каркас здания привязывают к ядру жесткости и он воспринимает только вертикальные нагрузки. При больших размерах в плане и большой высоте здания с монолитным ядром жесткости оказываются экономичнее каркасных зданий без ядра жесткости.

Многоэтажные здания с безбалочными перекрытиями сооружают на предприятиях пищевой промышленности, холодильниках и других производствах с повышенными требованиями к чистоте помещений. Наиболее экономичны многоэтажные здания с укрупненной сеткой колонн (6 × 12; 6 × 18; 12 × 12 м), так как они обеспечивают быструю и рациональную перестройку технологии производства. В многоэтажных производственных зданиях целесообразно применять предварительно напряженные ригели с внешним армированием. Монолитные железобетонные перекрытия или покрытия с внешней профилированной листовой арматурой возводят без применения опалубки. Формой для них служит профилированный настил, уложенный на несущие конструкции — балочную клетку, прогоны, несущие стены; настил используют в качестве подмостей, а после укладки бетона он является арматурой плиты.

В целях создания гибкой планировки цехов, модернизации и усовершенствования производства в последнее время все шире внедряют в строительство многоэтажные производственные здания с техническими этажами и пролетами междуэтажных перекрытий до 36 м.

Сущность железобетона

Прочность бетона на растяжение в 15-20 раз ниже, чем прочность на сжатие. Предельная растяжимость бетона (0,15 мм на 1 м), а предельная сжимаемость (2 мм на 1 м). Низкая прочность на растяжение не позволяет использовать неармированный бетон в конструкциях, испытывающих растяжение. Поэтому из бетона выполняют конструкции, воспринимающие сжимающие усилия: стены, фундаменты, колонны, подпорные стенки и др.

Разрушение бетонных балок происходит от разрыва нижних наиболее растянутых волокон. При этом несущая способность сжатой зоны балки используется не более чем на 5…7%. Поэтому растянутую зону балки усиливают путем введения упрочняющих элементов, чаще всего, в виде стальной арматуры. Относительное удлинение стальной арматуры при растяжении в тысячу раз превышает относительное удлинение бетона.

При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны бетона.

Железобетон – это комплексный строительный материал, в котором бетон и арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон предназначается для восприятия преимущественно сжимающих усилий, а арматура – растягивающих.

Лекция № 2. Бетон

Для обеспечения долговечной и нормальной эксплуатации бетон для железобетонных конструкций должен иметь необходимые для этого физико-механические свойства:

прочность;
хорошее сцепление с арматурой;
непроницаемость для защиты арматуры от коррозии;
специальные требования: морозостойкость, жаростойкость, коррозионная стойкость и др.

Классификация бетонов

1. По структуре:

а) плотные;

б) крупнопористые;

в) поризованные;

г) ячеистые.

2. По плотности:

а) особо тяжелые (ρ > 2500 кг/м³);

б) тяжелые (ρ = 2200 ÷ 2500 кг/м³);

в) облегченные (чаще мелкозернистые) (ρ = 1800 ÷ 2200 кг/м³);

г) легкие (ρ = 800 ÷ 1800 кг/м³).

3. По виду заполнителей:

а) на плотных заполнителях (щебень, песок, гравий);

б) на пористых заполнителях (естественных – пемза, перлит, ракушечник; искусственных – керамзит, шлак);

в) на специальных заполнителях.

4. По зерновому составу:

а) крупнозернистые;

б) мелкозернистые.

5. По условиям твердения:

а) бетоны естественного твердения;

б) бетоны, подвергнутые тепловлажностной обработке при атмосферном давлении;

в) бетоны, подвергнутые автоклавной обработке при высоком давлении и температуре.

Структура бетона

Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. Существенным фактором является количество воды, применяемой для приготовления бетонной смеси, оцениваемое водоцементным отношением В/Ц. Для химического соединения воды с цементом необходимо, чтобы В/Ц ≈ 0,2; однако для достижения достаточной подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси В/Ц=0,5…0,6 (подвижные бетонные смеси); В/Ц=0,3…0,4 (жесткие бетонные смеси). Избыточная химически несвязанная вода образует поры и капилляры в цементом камне, а затем, испаряясь, освобождает их. Таким образом, с уменьшением В/Ц уменьшается пористость цементного камня и прочность бетона увеличивается.

Структура бетона представляет собой пространственную решетку из цементного камня, заполненную зернами песка и щебня различной крупности и формы, пронизанную большим числом микропор и капилляров, которые содержат химически несвязанную воду, водяные пары и воздух.

Усадка бетона

Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде – усадка бетона. Она связана с физико-механическими процессами твердения и уменьшением объема цементного геля, потерей избыточной воды в результате испарения и гидратации с непрореагировавшими частицами цемента.

Усадке бетона препятствуют заполнители, которые становятся внутренними связями, вызывающими в цементном камне начальные растягивающие напряжения.

Неравномерное высыхание бетона, снаружи больше, а внутри меньше, приводит к неравномерной усадке, что ведет к возникновению начальных усадочных напряжений. Открытые, быстро высыхающие слои бетона испытывают растяжение; внутренние более влажные оказываются сжатыми. В бетоне появляются усадочные трещины.

Уменьшить начальные усадочные напряжения можно:

конструктивными мерами (армирование, устройство усадочных швов);

· технологическими мерами (подбор состава, увлажнение среды, увлажнение поверхности бетона).

Рис. 1. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

при сжатии и растяжении:

I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

1 – загрузка; 2 – разгрузка; ε_bu – предельная сжимаемость;ε_btu – предельная растяжимость;

ε_ер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.

С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σ_b неупругие деформации уменьшаются.

Деформации при длительном действии нагрузки.При длительном действии нагрузки обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона (ниспадающая ветвь диаграммы σ_b – ε_b). При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются.

Участок 0-1 (рис. 2) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона

При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Когда связи в бетоне (например, арматура) ограничивают свободное развитие ползучести, то напряжения в бетоне уменьшаются. То есть происходит перераспределение внутренних напряжений между бетоном и арматурой.

Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации , называют релаксацией напряжений.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. С течением времени процесс перераспределения напряжений с гелевой составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей затухает и деформирование прекращается.

Величина деформаций ползучести в конечном итоге не зависит от скорости нагружения образца. Ползучесть бетона увеличивается с ростом напряжений. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый. Ползучесть бетона в сухой среде больше, чем во влажной. С увеличением В/Ц и количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает. С повышением прочности зерен заполнителей, повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается.

Деформации бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки.Многократное повторение действия нагрузки приводит к накапливанию неупругих деформаций (рис. 3). После большого количества циклов эти деформации постепенно выбираются, ползучесть достигает предельного значения, бетон начинает работать упруго.

С каждым последующим циклом кривая зависимости σ_b – ε_b постепенно становится прямой, характеризующей упругую работу. Такой характер работы наблюдается при . При больших значениях неупругие деформации начинают неограниченно расти, при этом кривизна σ_b – ε_b меняет знак.

Рис. 3. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

при многократном повторном загружении бетонного образца:

1 – первичная кривая; 2 – конечная кривая.

Модуль деформации

Начальный модуль упругости бетона (рис. 4) при сжатии Е_b соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загружении:

Модуль полных деформаций бетона (рис.4) при сжатии соответствует полным деформациям; является величиной переменной:

где α – угол наклона касательной к кривой σ_b – ε_b в точке с заданным напряжением.

Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σ_b – ε_b с заданным напряжением (рис. 4):

Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности:

где - коэффициент упругопластичных деформаций бетона; ν изменяется от 1 до 0,15.

С увеличением уровня напряжений в бетоне и длительности действия нагрузки коэффициент ν уменьшается.

Лекция № 3. Арматура

Виды арматуры

1. По материалу:

а) стальная;

б) стеклопластиковая;

в) углепластиковая.

2. По назначению:

а) рабочая – это арматура, которая определяется расчетом и обеспечивает прочность конструкции;

б) конструктивная – это арматура, которая также обеспечивает прочность конструктивных элементов и узлов, но расчетом не определяется, а устанавливается из практики проектирования и эксплуатации конструкций;

в) арматура косвенного армирования – это арматура, устанавливаемая в сжатых элементах в основном в местах больших локальных напряжений, для сдерживания поперечных деформаций;

г) монтажная – арматура, служащая для обеспечения проектного положения рабочей и равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры.

3. По способу изготовления:

а) стержневая, горячекатаная (d = 6…40 мм);

б) проволочная, холоднотянутая (d = 3…6 мм).

4. По виду поверхности:

а) гладкая;

б) периодического профиля (рифленая).

5. По способу применения:

а) напрягаемая, подвергнутая предварительному натяжению до эксплуатации;

б) ненапрягаемая.

6. По изгибной жесткости:

а) гибкая (стержневая и проволочная);

б) жесткая (из прокатных профилей).

7. По способу упрочнения:

а) термически упрочненная, т.е. подвергнутая термической обработке;

б) упрочненная в холодном состоянии – вытяжкой или волочением.

Соединения арматуры

В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяют A – III. Для косвенного армирования используют Bp – I. Иногда может применяться в качестве рабочей арматуры A – II. A - I используют в качестве монтажной и для поперечных стержней каркасов.

В качестве напрягаемой арматуры применяют: Aт - IVс, Aт – V, Aт – VI, A - IV, A – V, A – VI, В – II, Вр – II, К – 7, К – 19.

Хорошо свариваются: А–I – A–VI, Aт – IIIс, Aт – IVс, Вр – I.

Нельзя сваривать: Aт – V, Aт – VI, В – II, Вр – II, т.к. теряется эффект упрочнения.

Арматурные изделия

Сварные сетки (Вр – I d = 3…5 мм; A – I, A – III d = 6…10 мм):

а) рулонные (d_max = 5 мм);

б) плоские.

Максимальная ширина сетки – 3800 мм; длина ограничивается массой сетки не более 900…1300 кг и не более 9000 мм.

Основные параметры сеток в соответствии с ГОСТ 8478-81 (рис. 6):

а)

а) б)

б)

Рис. 7. Сварные каркасы: а – плоский; б – пространственный.

Рис. 6. Сварные сетки: а – рулонная после развертки; б – плоская.

Сварные каркасы (рис. 7):

в) плоские;

г) пространственные.

Соотношение диаметров свариваемых поперечных и продольных стержней должно быть не менее 1/3…1/4.

Наиболее эффективная напрягаемая арматура – канат (рис. 8, а). Периодический профиль каната обеспечивает надежное сцепление с бетоном, а большая длина позволяет избежать стыков.

а) б)

Рис. 8. Арматурные проволочные изделия:

а – арматурные канаты; б – арматурный пучок.

Арматурные пучки (рис. 8, б) состоят из отдельных параллельно расположенных проволок или канатов. Проволоки (14, 18 или 24 шт.) или канаты располагают по окружности с зазорами и обматывают мягкой проволокой.

Соединения арматуры

Сварные стыки (рис. 9, а, б, в)
Стыки арматуры внахлестку без сварки (рис. 9, г)

Перепуск концов стержней на 20…50d. Допускается применять в местах, где прочность арматуры используется не полностью.

а) в)

б) г)

Рис. 9. Соединения арматуры:

а – контактная сварка «встык»; б – дуговая ванная сварка;

в – сварка с накладками; г – «внахлестку» без сварки.

Неметаллическая арматура.

Стеклопластиковая арматура – получается из стекловолокон, объединенных в арматурный стержень с помощью связующих пластиков из синтетических смол.

Достоинства: обладает высокой прочностью и низким модулем упругости.

Недостатки: склонность к разрушению от щелочных реакций и старение, характеризуемое снижением прочности во времени.

Лекция № 4. Железобетон

Бетона и арматуры

Надежное сцепление арматуры с бетоном, препятствующее сдвигу арматуры в бетоне, является основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в железобетоне.

Надежное сцепление арматуры с бетоном создается тремя основными факторами:

1) сопротивление бетона усилиям смятия и среза, обусловленное выступами на поверхности арматуры (рис. 10), т.е. механическое зацепление арматуры за бетон (75% от общей величины сцепления). Сцепление рифленой арматуры в 2…3 раза выше, чем гладкой арматуры. Надежно самоанкеруются витые канаты;

2) за счет сил трения, возникающих на поверхности арматуры благодаря обжатию стержней бетоном при его усадке;

3) склеивание (адгезия) поверхности арматуры с бетоном.

Распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине заделки стержня неравномерно (рис. 11). Наибольшие напряжения действуют вблизи заделки и не зависят от длины анкеровки стержня . В расчетах используют среднее напряжение сцепления, равное отношению усилия в стержне N к площади заделки:

где u – периметр сечения стержня.

Следовательно, длина зоны анкеровки арматуры увеличивается с возрастанием ее прочности и диаметра (т.к. из формулы видно, что напряжение сцепления увеличивается со снижением диаметра арматуры).

Условия совместной работы бетона и арматуры – равенство деформаций бетона и арматуры в смежных волокнах (σ_b = ε_s).

1) сцепление арматуры с бетоном, исключающее продергивание арматуры в бетоне;

2) примерное равенство коэффициентов температурного удлинения (укорочения) бетона и арматуры, так как в материалах с разными коэффициентами линейных температурных деформаций при перепадах температуры возникают собственные напряжения, что снижает сцепление между материалами.

; .

3) способность бетона надежно предохранять арматуру от коррозии и действия огня.

Анкеровка арматуры в бетоне

Анкеровка – это закрепление концов арматуры в бетоне.

Анкеровка обеспечивается:

выступами периодического профиля арматуры;

загибами арматуры (класс A - I);

стержнями поперечного направления;

при помощи специальных анкеров на концах стержней.

Лекция № 5. Предварительные напряжения в железобетонных конструкциях

Сущность предварительного напряжения

Предварительно-напряженные конструкции – это конструкции или их элементы, в которых предварительно, т.е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в арматуре и обжатия в бетоне.

Обжатие бетона на величину σ_bp осуществляется предварительно натянутой арматурой, которая после отпуска натяжных устройств стремится возвратится в первоначальное состояние. Проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным сцеплением или специальной анкеровкой торцов арматуры в бетоне.

Начальные сжимающие напряжения создают в тех зонах бетона, которые впоследствии испытывают растяжение.

Железобетонные элементы без предварительного напряжения работают при наличии трещин: ,

где - эксплуатационная нагрузка,

- нагрузка, при которой образуются трещины;