Модуль №1. Физико-механические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций.

Модуль №1. Физико-механические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций.

Сущность железобетона

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры. Может быть и другой тип армирования, например, полимерные волокна различного состава, углепластик.

Поскольку бетон хорошо работает на сжатие и в 10 и более раз хуже работает на растяжение, арматура в железобетонных конструкциях, в обязательном порядке располагается там, где возникают растягивающие напряжения.

Неармированная балка, загруженная распределенной нагрузкой, разрушится при появлении первых трещин в растянутой зоне. При этом сжатая зона бетона будет использована только на 5-7%.

Армированная балка при появлении трещин не разрушится, поскольку растягивающие усилия будут восприниматься арматурой, и она несет во много раз большую нагрузку, чем бетонная.

Арматуру располагают так же в сжатых зонах изгибаемых, внецентренно и центрально сжатых элементах, что существенно повышает их несущую способность, поскольку расчетное сопротивление стали на много превышает прочность бетона.

Железобетон стал возможен и получил широкое распространение благодаря благоприятному сочетанию физико-механических свойств бетона и стальной арматуры:

1-при твердении между бетоном и арматурой возникают значительные

силы сцепления, что обеспечивает их совместную работу;

2-плотный бетон хорошо защищает арматуру от внешних воздействий;

3-близкое значение коэффициента температурного расширения в пределах до a_bt= 1х10^-5oC^-1.

Положительные свойства железобетона:

1 – прочность и долговечность;

2 – огнестойкость;

3 -стойкость к атмосферным воздействиям;

4 - высокая сопротивляемость статическим и динамическим воздействиям;

5 - малые эксплуатационные расходы;

6 – доступность в исходных материалах по использованию практически во всех регионах страны;

7 - невысокая стоимость.

Недостатки железобетона:

1 - большая плотность;

2 - высокая звуко- и теплопроводность;

3 - трудоемкость переделок и усилений;

4 - необходимость выдержки для приобретения прочности;

5 – низкая трещиностойкость при силовых и не силовых воздействиях – усадка, температурные деформации и т.д.

По способу изготовления различают ж/бетонные конструкции монолитные, сборные и сборно-монолитные.

Монолитныеконструкции - изготовляются непосредственно на строительной площадке, т.е. в специально приготовленную опалубку устанавливается арматура и затем заливается бетон.

Преимущество монолитных конструкций – малые сечения, высокая прочность, экономный расход материалов, эстетически более привлекательны.

Отрицательные свойства – трудоемкость изготовления, в зимний период – соблюдения необходимого тепловлажностного режима, например, прогрев, большой расход материалов на опалубку и подмости.

Сборный железобетон – конструкции в большинстве своем унифицированы, изготавливаются на заводах и доставляются на стройплощадку.

Преимущества – технологичность изготовления, независимость от времени года, рациональные конструктивные формы, низкая трудоемкость монтажных работ, отсутствие опалубки, высокое качество, преимущественные условия для создания предварительного напряжения.

Недостатки – больший расход материалов по сравнению с монолитным бетоном, необходимость расходов материалов по стыкованию сборных элементов, жесткие требования по унификации, более низкая эстетическая привлекательность, транспортные расходы, обязательные выполнения части работ по омоноличиванию и т.д.

Сборно-монолитные конструкции – комбинированная система; сначала укладываются сборные конструкции, являющиеся опалубкой, а затем сборные элементы обетонируются.

Преимущества – отказ от опалубки и ускорение при производстве работ, большая гибкость в достижении оптимальных форм по сравнению со сборным железобетоном, широкие возможности в достижении требуемой несущей способности.

Недостатки – доставка кроме сборных конструкций и монолитного бетона, усложняется технология производства работ.

Железобетон является основным материалом для современного индустриального строительства. Из него возводятся все виды зданий и сооружений - промышленные и жилые, одноэтажные и многоэтажные здания, общественные здания различного назначения, тонкостенные покрытия промышленных и общественных зданий больших пролетов, инженерные сооружения – силосы, бункера, резервуары, дымовые трубы, тоннели метрополитенов, мосты, гидроэлектростанции, защитные оболочки АЭС, ирригационные конструкции и т.д.

Показатели качества бетона

Основными показателями качества бетона являются:

-класс по прочности на сжатие В;

-класс по прочности на осевое растяжение B_t;

-марка по морозостойкости F;

-марка по водонепроницаемости W;

-марка по средней плотности D.

Деформативность бетона

Деформации различают: не силовые – усадка, температурно-влажностные и силовые – вызванные силовым воздействием на конструкцию.

Свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении называется усадкой, а увеличиваться при твердении в воде – набуханием.

Усадка связана с физико-химическим процессом: уменьшением объема цементного геля – потеря избыточной воды на испарение. Усадка наиболее интенсивно происходит в начальный период твердения, затем затухает. Чем меньше влажность, тем быстрее усадка. При сжатии усадка ускоряется.

При неравномерном высыхании происходит неравномерная усадка, тогда возникают начальные напряжения.

Уменьшить усадку:

- конструктивные меры: устройство усадочных швов – снижение размеров единовременно заливаемых конструкций; установка дополнительной арматуры;

- технологические меры: подбор состава бетона; использование специальных цементов; увлажнение поверхности.

Температурные деформации характеризуются коэффициентом температурного расширения: при изменении температуры от -50° до + 50° .

Силовые деформации бетона. Силовые деформации при однократном кратковременном нагружении состоят из упругих и неупругих деформаций

Предельные деформации бетона перед разрушением:

- при кратковременном действии нагрузки- ,

- при длительном действии нагрузки- ,

При растяжении также деформации состоят из упругой и неупругой частей .

Неупругие деформации с течением времени увеличиваются (максимум прироста первые 3-4 месяца и до нескольких лет).

Свойство бетона деформироваться при s_b=const и длительном действии нагрузки называется ползучестью: .

Ползучесть объясняется структурой бетона – перераспределение с гелевой составляющей на кристаллический сросток.

Если имеются связи в бетоне, например арматура, которая стесняет деформации, то s_b ¹ const.

Свойство бетона, характеризующееся уменьшением напряжения, при e = const называется релаксацией.

Начальный модуль упругости бетона соответствует только упругим деформациям, определяемый на участке s ≤ R_b

,

r - масштабный коэффициент.

Начальные модуль упругости при растяжении и сжатии принимаются одинаковыми E_b = E_bt .

Железобетон

Одним из основных факторов, обеспечивающих совместную работу бетона и стальной арматуры, является сцепление материалов. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают по результатам испытаний на выдергивание или вдавливания арматурного стержня, заанкеренного в бетоне.

Прочность сцепления зависит от следующих факторов:

-зацепления за выступы на поверхности арматуры -75% ;

-сил трения по контакту поверхности арматуры и бетона ;

-склеивания арматуры с бетоном.

С увеличением прочности бетона сцепление возрастает.

Анкеровка арматуры это закрепление концов арматуры для передачи усилий с арматуры на бетон за рассматриваемое расчетное сечение. Анкеровка осуществляется за счет сил сцепления, а также с помощью специальных устройств.

Анкеровка ненапрягаемой арматуры осуществляют следующим образом:

-ввиде прямого окончания стержня;

-устройством на концах загибов или крюков;

-приваркой или установкой поперечных стержней;

-установка специальных анкерных устройств.

Анкеровка напрягаемой арматуры осуществляют следующим образом:

-ввиде прямого окончания стержня;

-установка специальных анкерных устройств.

Базовая длина анкеровки необходимая для передачи усилия в арматуре с полным расчетным сопротивлением R_S на бетон определяется по формуле

где A_S и u_S –соответственно площадь поперечного сечения стержня и периметр его сечения;

- расчетное сопротивление сцепления арматуры (при равномерном распеределении напряжений сцепления по длине анкеровки);

h₁ – коэффициент учитывающий влияние поверхности арматуры;

1,5-гладкая; 2-холоднодеформированная периодического профиля; 2.5-горячекатанная и термомеханически обработанная периодического профиля; 2.2- для арматурных канатов и т.д.

h₂ – коэффициент учитывающий величину диаметра арматуры (1 при d<32мм, и 0,9 при d=36-40мм).

Расчетная длина анкеровки с учетом конструктивного решения зоны анкеровки

где A_S,cal и A_S,ef – требуемая по расчету и фактическая площадь арматуры; a-коэффициент учитывающий напряженное состояние арматуры и бетона и конструктивное решение зоны анкеровки (1- при прямой анкеровке периодического профиля и гладкой с крюками для растянутых стержней; 0,75 – для сжатых).

По конструктивным требованиям длину анкеровки принимают не менее

l_an>0,3 l_0,an ; 15d и 200мм.

Усадка и ползучесть железобетона.В железобетонных конструкциях арматура препятствует развитию усадки. Усадка приводит к появлению в бетоне растягивающих напряжений, а в арматуре сжимающих.

Напряжения в бетоне могут превышать сопротивление бетона растяжению. В этом случае образуются усадочные трещины.

Чем больше размеры железобетонных элементов, тем больше влияние усадки. Для исключения этого устраивают усадочные швы.

Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Стесненная ползучесть в железобетонном элементе приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном.

Влияние ползучести:

-в коротких сжатых элементах – позволяет полностью использовать прочностные свойства арматуры и бетона;

-в длинных сжатых и в изгибаемых элементах – увеличивает эксцентриситет и прогиб соответственно;

-в предварительно-напряженных конструкциях – к потере предварительного напряжения.

Релаксация напряжений в бетоне – снижение напряжений при постоянных продольных деформациях.

Ползучесть и усадка протекают практически одновременно и совместно влияют на работу железобетонного элемента.

Коррозионная стойкость бетона зависит от его плотности и от агрессивности среды.

Коррозия арматуры протекает одновременно с бетоном. Коррозия происходит в результате химического и электролитического воздействия окружающей среды. Продукты коррозии имеют больший объем и разрывают бетон.

Защитный слой бетона

Это расстояние от поверхности арматуры до грани бетона.

Защитный слой бетона необходим для:

-обеспечения совместной работы арматуры и бетона;

-защиты от внешних воздействий - температуры, влаги, агрессивной среды.

Толщина защитного слоя зависит от видов и диаметра арматуры, размера сечений, вида и класса бетона, условий эксплуатации.

Рис.10.3. Положение границы сжатой зоны в тавровом сечении изгибаемого железобетонного элемента

а - в полке; б - в ребре

, (10.9)

при этом высоту сжатой зоны определяют по формуле

, (10.10)

и принимают не более x_Rh₀ .

Если x >x_R h₀, условие (9) можно записать в виде

. (10.11)

Примечания: 1. При переменной высоте свесов полки допускается принимать значение , равным средней высоте свесов.

2. Ширина сжатой полки , вводимая в расчет, не должна превышать величин: при отсутствии поперечных ребер (или при расстояниях между ними, больших, чем расстояния между продольными ребрами) и при

в) при консольных свесах полки

при -

при

при - свесы не учитывают.

Требуемую площадь сечения сжатой арматуры определяют по формуле

, (10.12)

где A_ov = .

При этом должно выполняться условие . В случае, если , площадь сечения сжатой арматуры определяют как для прямоугольного сечения шириной по формуле (10.5).

Требуемую площадь сечения растянутой арматуры определяют следующим образом:

а) если граница сжатой зоны проходит в полке, т.е. соблюдается условие:

(10.13)

площадь сечения растянутой арматуры определяют как для прямоугольного сечения шириной ;

б) если граница сжатой зоны проходит в ребре, т.е. условие (10.13) не соблюдается, площадь сечения растянутой арматуры определяют по формуле

, (10.14)

где .

Рис.11.1. Схема усилий в наклонном сечении элементов с хомутами при расчете его на действие поперечной силы

(11.6)

Хомуты учитывают в расчете, если соблюдается условие

q_sw ³ 0,25R_btb. (11.7)

При действии на элемент сосредоточенных сил значения c принимают равными расстояниям от опоры до точек приложения этих сил (рис.11.1), а также равными но не меньше h₀, если это значение меньше расстояния от опоры до 1-го груза.

Шаг поперечной арматуры, учитываемый в расчете должен быть не больше значения

Кроме того, хомуты должны отвечать конструктивным требованиям.

Элементы без поперечной арматуры.Расчет элементов без поперечной арматуры на действие поперечной силы производится из условий

а) Q_max < 2,5R_btbh₀; (11.8)

где Q_max - максимальная поперечная сила у грани опоры;

б) _, (11.9)

где Q – поперечная сила в конце наклонного сечения, начинающегося от опоры; значение c принимается не более c_max = 3 h₀.

Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие изгибающих моментов.Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие момента (рис.11.2) производят из условия

M £ M_s + M_sw, (11.10)

где M – момент в наклонном сечении с длиной проекции c на продольную ось элемента, определяемый от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, относительно конца наклонного сечения (точка 0), противоположного концу, у которого располагается проверяемая продольная арматура, испытывающая растяжение от момента в наклонном сечении (Рис.11.2)

Рис.11.2. Схема усилий в наклонном сечении при расчете его по изгибающему моменту

M_s - момент, воспринимаемый продольной арматурой, пересекающей наклонное сечение, относительно противоположного конца наклонного сечения;

M_sw – момент, воспринимаемый поперечной арматурой, пересекающей наклонное сечение, относительно противоположного конца наклонного сечения (точка 0).

Момент M_s определяют по формуле

M_s = N_sz_s, (11.11)

где N_s- усилие в продольной растянутой арматуре, принимаемое равным R_sA_s, а в зоне анкеровки определяемое в зависимости от положения относительно границы зоны анкеровки;

z_s – плечо внутренней пары сил, определяемое по формуле.

(

Момент M_sw при поперечной арматуре в виде хомутов, нормальных к продольной оси элемента, определяют по формуле

M_sw = 0,5q_sw с², (11.12)

где q_sw определяют по формуле (11.6), а с принимают не более 2h₀.

Расчет на действие момента производят для наклонных сечений, расположенных в местах обрыва продольной арматуры, а также у грани крайней свободной опоры балок и у свободного конца консолей при отсутствии у продольной арматуры специальных анкеров.

Кроме того, рассчитываются наклонные сечения в местах резкого изменения высоты элемента (например, в подрезках).

Поперечную арматуру следует устанавливать исходя из расчета на восприятие действующих усилий Q и M, а также с целью ограничения развития трещин, удержания продольных стержней в проектном положении и закрепления их от бокового выпучивания в любом направлении.

Расчет перемещений железобетонных элементов – прогибов, углов поворота –основан на определении кривизны оси при изгибе или жесткости элемента. Участки элемента могут быть с трещинами и без трещин (при полной нагрузке не образуются трещины).

Кривизна оси на участке без трещин определяется как для сплошного сечения по известной зависимости

(14.1)

где e_с и e_t – соответственно деформации сжатой и растянутой грани элемента;

D - изгибная жесткость сечения, равная

D=E_b1*J_red;

M – изгибающий момент от внешней нагрузки или момент усилия предварительного обжатия относительно оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения;

I_red – момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести, определяемый как для сплошного тела по общим правилам сопротивления упругих материалов с учетом всей площади бетона и площадей сечения арматуры с коэффициентом приведения арматуры к бетону, равном ;

E_b1 – модуль деформации сжатого бетона, принимаемый равным:

E_b1=0,85E_b- при кратковременном действии нагрузки;

E_b1= E_bt = E_b/(1+j_сr) – при продолжительном действии нагрузки.

Кривизна оси на участке с нормальными трещинами в растянутой зоне определяется на основе следующих предпосылок:

-верна гипотеза плоских сечений;

-бетон сжатой зоны работает упруго;

-растянутый бетон в сечении с трещиной не учитывается;

- растянутый бетон в сечении между трещинами учитывается коэффициентом y_S.

Жесткость сечения на участке с трещинами определяется

D=E_bred*J_red, (14.2)

где

- моменты инерции бетона сжатой зоны, растянутой и сжатой арматуры относительно центра тяжести сечения (без учета бетона растянутой зоны);

a_S1 =E_S/E_bred – для сжатой арматуры;

a_S2 =E_S,red/E_b,red – для растянутой арматуры;

E_S,red = E_S/y_S

y_S =1-0,8s_S,crc/s_S

Рис.14.1. Приведенное поперечное сечение (а) и схема напряженно деформированного состояния изгибаемого элемента с трещинами (б) при расчете его по деформациям

1 – центр тяжести приведенного сечения без учета растянутой зоны бетона

Положение нейтральной оси определится из уравнения равновесия моментов относительно нейтральной оси по выражению

(14.3)

где , - статические моменты бетона сжатой зоны растянутой и сжатой арматуры соответственно относительно нейтральной оси.

Для предварительно-напряженных изгибаемых элементов расчетная схема имеет вид, показанный на рис.3.

Положение нейтральной оси определится из уравнения равновесия моментов относительно нейтральной оси по выражению

(14.4)

где y_N – расстояние от нейтральной оси до точки приложения продольной силы (усилия предварительного обжатия) определенного как для внецентренного сжатия;

I_b, I , I_s – моменты инерции соответственно сжатой зоны бетона, площадей арматуры сжатой и растянутой зоны относительно нейтральной оси;

S_b, S , S_s – статические моменты соответственно сжатой зоны бетона, площадей арматуры сжатой и растянутой зоны относительно нейтральной оси.

Полную кривизну изгибаемых элементов определяют:

а) для участков без трещин в растянутой зоне по формуле

, (14.5)

где и – кривизны соответственно от непродолжительного действия кратковременных нагрузок и от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

– кривизна от непродолжительного действия усилия предварительного обжатия Р (т.е. при действии M=Pe_ор)

б) для участков с трещинами в растянутой зоне по формуле

, (14.6)

где – кривизна от непродолжительного действия всех нагрузок, на которые производят расчет по деформациям;

– кривизна от непродолжительного действия постоянных и длительных нагрузок;

– кривизна от продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок.

Кроме того, в формулах (4.29) и (4.30) может быть учтена кривизна , обусловленная остаточным выгибом элемента вследствие усадки и ползучести бетона в стадии изготовления от усилия предварительного обжатия P₍₁₎ и собственного веса элемента.

Расчет изгибаемых элементов по прогибам производят из условия

(14.7)

где f – прогиб элемента от действия внешней нагрузки;

f_ult – значение предельно допустимого прогиба.

Прогибы изгибаемых элементов определяют по общим правилам строительной механики в зависимости от изгибных и сдвиговых деформационных характеристик железобетонного элемента в сечении по его длине (кривизны и углов сдвига).

Прогиб элементов, обусловленный деформацией изгиба, определяют по формуле

, (14.8)

где – изгибающий момент в сечении х от действия единичной силы, приложенной в сечении, для которого определяют прогиб, в направлении этого прогиба;

– полная кривизна элемента в сечении х от внешней нагрузки, при которой определяют прогиб.

Для элементов постоянного сечения, работающих как свободно опертые или консольные балки, прогиб допускается определять, вычисляя кривизну только для наиболее напряженного сечения и принимая для остальных сечений кривизны изменяющимися пропорционально значениям изгибающего момента, т.е. по формуле

(14.9)

где – полная кривизна в сечении с наибольшим изгибающим моментом;

S – коэффициент, принимаемый в зависимости от схемы нагружения - 5/48 для равномерно-распределенной нагрузки.

Если прогиб, определяемый по формуле (14.9), превышает допустимый, то его значение рекомендуется уточнить за счет учета повышенной жесткости на участках без трещин и учета переменной жесткости на участках с трещинами.

Расчет предварительно напряженных элементов по деформациям производят с учетом эксплуатационных требований, предъявляемых к конструкциям.

Конструктивные схемы зданий

Конструктивная схема здания это понятие, характеризующее тип несущей системы здания.

Различают каркасные, панельные (бескаркасные), многоэтажные и одноэтажные.

Каркасные конструктивные схемы из сборного железобетона - промышленные и гражданские здания состоят из отдельных элементов, соединенных в единую пространственную систему – фундаменты, колонны, ригели, плиты перекрытия и покрытий, элементы жесткости.

Общие требования – должна быть обеспечена: прочность несущей системы и каждого элемента в отдельности; пространственная жесткость и устойчивость; трещиностойкость.

Рис.15.1.Несущие элементы многоэтажного каркасного здания из сборного железобетона

Каркас одноэтажного здания состоит из фундамента, колонны, ригеля, покрытия и плиты пп.

Рис.15.2. Каркас одноэтажного промышленного здания

Панельные конструктивные системы состоят из фундаментов, стен (продольных и поперечных) и плит перекрытия и покрытия.

Рис.15.3.Конструктивные схемы бескаркасных панельных домов: а и б- с несущими продольными и поперечными несущими стенами; в с несущими продольными стенами; г – с несущими поперечными стенами

Рис.15.4. Комбинированные каркасно-панельные конструктивные схемы:

а – с поперечным каркасом; б – с продольным каркасом; в – с

безригельным перекрытием; г – с неполным каркасом и несущими

наружними панелями

По способу восприятия горизонтальной нагрузки – каркасные и с жесткой конструктивной схемой – панельные.

Монолитные перекрытия.

Монолитные плоские перекрытия по конструктивной схеме разделяют на две основные группы: балочные и безбалочные. Балочные перекрытия в свою очередь могут быть ребристыми с балочными плитами (1 тип) и ребристыми с плитами, работающими в двух направлениях (2 тип). Монолитные ребристые перекрытия состоят, как правило, из системы перекрестных главных и второстепенных балок и плиты, работающей по короткому направлению.

Рис.18.1. Монолитное ребристое перекрытие с балочными плитами:

1 – главная балка; 2 – второстепенная балка; 3 – колонна; 4 - плита

Все элементы перекрытия монолитно связаны между собой и, предполагается, что работают по балочной неразрезной схеме. Главные балки стремятся располагать по короткому шагу колонн, как наиболее нагруженным элементам перекрытия. Второстепенные балки располагают с шагом как правило не более 2.7м, с учетом того чтобы ось одной из балок совпадало с осью колонн. При этом чтобы плиты в коротком направлении работали по балочной схеме соотношение короткой к длинной стороне в ячейки плане должно отвечать неравенству l₁/l₂< 0.5. При соотношении сторон плиты l₁/l₂> 0.5 необходимо учитывать работу в двух направлениях.

Пролет главных балок 6-8м, второстепенных – 5-7м, плит - 1.5 – 3м. Минимальная толщина плиты – 60мм. Высота сечения второстепнных балок 1/12- 1/20L, главных – 1/8 – 1/15L, ширина – 0,4 -0,5h.

Инженерный метод расчета элементов монолитного перекрытия, конструктивная схема которого показана на рис.18.1 основан на следующей последовательности: расчет плиты перекрытия, расчет второстепенной балки и расчет главной балки. Нагрузки на плиту и второстепенную балку принимаются как равномерно-распределенные.

Нагрузки на главную балку считаются приложенными в виде сосредоточенных сил от веса второстепенных балок, плит и временной нагрузки собираемой с соответствующих грузовых площадей.

Армируются плиты сетками с продольным расположение рабочей арматуры. Расположение сеток производится по эпюре моментов.

Второстепенные и главные балки армируются плоскими или пространственными каркасами с расположением рабочей арматуры как для неразрезных многопролетных конструкций.

Безбалочные перекрытия

Железобетонные фундаменты

Фундаментные конструкции практически всех зданий и сооружений выполняются из железобетона – монолитного или сборного. Фундаменты мелкого заложения принято различать трех типов:

- ленточные – под несущими и ограждающими стенами, под рядами колон в одном или двух направлениях (рис.21.1, 21.2);

- одиночные, столбчатые – под колонны или стойки;

- сплошные или массивные – выполняются под всем сооружением или технологическим оборудованием.

Ленточные фундаменты устраивают для передачи нагрузкина основаниеот протяженных элементов строительных конструкций – стен зданий и сооружений, опорных рам оборудования и т.п. Ленточные фундаменты имеют, как правило, вид непрерывных стен или перекрестных балок. Под рядами колонн ленточные ф-ты устраивают при их близком расположении или при слабых или неоднородных грунтах.

Ленточные фундаменты изготавливаются из сборного или монолитного бетона и железобетона. Подошва ленточных фундаментов имеет, как правило, уширение для снижения давления на грунты основания.

Рис.21.1.Сборные ленточные фундаменты по стены: а-общий вид сборного фундамента состоящего из блоков (1) и подушек (2); б-типы сборных подушек – сплошные, ребристые и пустотелые.

Рис.21.2. Ленточные монолитные фундаменты под колонны: а - одиночный ряд колонн; б – перекрестный ленточный фундамент; в,г – армирование ленточного фундамента; 1- ребро ленты; 2 – полка; 3 – сварные каркасы; 4 – нижние сварные или вязанные сетки

Одиночные или столбчатые фундаменты - представляют собой столбы с развитой опорной частью, передающие на грунт сосредоточенные нагрузки от колонн (рис.21.3), стен углов зданий, опор рам, балок, ферм, арок и других элементов.

Столбчатые фундаменты под отдельные опорыделают цельными или составными из железобетонных блоков и плит. Для установки колонн в верхней части отдельных фундаментов устаиваются углубления – «стаканы» для заделки колонн бетоном. Такие фундаменты принято называть стаканного типа.

Фундаменты больших размеров делают составными из отдельных блоков и плит, что удобно для изменения формы и величины фундаментов. При больших нагрузках и эксцентриситетах чаще всего используются монолитные столбчатые фундаменты. В производственных зданиях верх стакана устанавливается на уровне земли для облегчения монтажа колонн, выполняемый после засыпки котлована.

Бетон – тяжелый В15-В25.

Армирование – подошва армируется сварными сетками. Защитный слой не менее 35мм с подготовкой и 70мм – без гравийно-песчаной подготовки.

Сборные колонны заделывают в стаканы – глубина заделки не менее 1,5 большего размера стороны сечения. Зазоры заполняют бетоном на мелком заполнителе.

Рис.21.3.Сборные железобетонные фундаменты колонн стаканного типа: а общий вид; б – сечение стакана; в – установка колонны в стакан фундамента

Монолитные отдельныефундаменты устраивают под сборные и монолитные каркасы (колонны (рис.21.4)).

В монолитных фундаментах для сборных колонн приняты – удлиненный подколонник и плита может быть многоступенчатой.

Для монолитных колонн – по форме ступенчатые, пирамидальные (рис.21.4)

Армирование – сварные сетки в плите и пространственные каркасы в подколоннике.

Отдельные фундаменты на свайном основании, чаще выполняются в монолитном варианте и состоят из свай и монолитного ростверка на который опирается колонна (рис.21.5).

Рис.21.4. Монолитный отдельный фундамент под сборную колонну: общий вид и схема армирования; б – армирование стенок стакана

Рис.21.5. Монолитный ростверк свайного фундамента под колонну: а – вид сверху; б – схема армирования; в – схема распределения усилий

Сплошные фундаменты сооружаются под всей площадью здания и представляют собой сплошную, ребристую (кессонную), безбалочную или коробчатую железобетонную плиту. Этот тип фундаментов рекомендуется применять для снижения неравномерности деформаций при слабых, просадочных (грунты существенно снижающие свои свойства при замачивании) и набухающих (грунты, увеличивающиеся в объеме при замораживании) грунтах.

Модуль №1. Физико-механические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций.

Сущность железобетона

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры. Может быть и другой тип армирования, например, полимерные волокна различного состава, углепластик.

Поскольку бетон хорошо работает на сжатие и в 10 и более раз хуже работает на растяжение, арматура в железобетонных конструкциях, в обязательном порядке располагается там, где возникают растягивающие напряжения.

Неармированная балка, загруженная распределенной нагрузкой, разрушится при появлении первых трещин в растянутой зоне. При этом сжатая зона бетона будет использована только на 5-7%.

Армированная балка при появлении трещин не разрушится, поскольку растягивающие усилия будут восприниматься арматурой, и она несет во много раз большую нагрузку, чем бетонная.

Арматуру располагают так же в сжатых зонах изгибаемых, внецентренно и центрально сжатых элементах, что существенно повышает их несущую способность, поскольку расчетное сопротивление стали на много превышает прочность бетона.

Железобетон стал возможен и получил широкое распространение благодаря благоприятному сочетанию физико-механических свойств бетона и стальной арматуры:

1-при твердении между бетоном и арматурой возникают значительные

силы сцепления, что обеспечивает их совместную работу;

2-плотный бетон хорошо защищает арматуру от внешни