Арматура для железобетонных конструкций

Арматура устанавливается в основном для восприятия растягивающих усилий и для усиления сжатой зоны бетона конструкций.

Арматура, устанавливаемая по расчету, называется рабочей.

Арматура устанавливается из конструктивных и технологических требований – монтажная или конструктивная: она обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, распределяет равномерно усилия от усадки и температурные, возможные непроектные механические воздействия.

Рабочая и монтажная арматура объединяется в каркасы и сетки.

Арматуру разделяют по следующим признакам:

1.По технологии изготовления – стержневая, проволочная и канаты.

Стержневая – Æ 6-40мм.

2.По способу поставки - при d ≤ 10 – бухтах, d ³ 10 – прутки.

3.По способу упрочнения горячекатаная разделяется: на термически упрочненную;

упрочненная холодным деформированием - вытяжкой или волочением.

4.По форме поверхности - периодического профиля или гладкая.

5.По способу применения - напрягаемая и ненапрягаемая.

6.Жесткая арматура из металлопрофилей – двутавры, швеллера и уголки.

Механические свойства арматурных сталей. Прочностные и деформационные характеристики сталей устанавливают по диаграмме s - e, получаемой при испытании на растяжение.

Горячекатаная мягкая сталь обладает площадкой текучести и характеризуется: s_y - пределом текучести; s_u - временным сопротивлением и значительным удлинением после разрыва – 25%.

Высоколегированные стали и термически упрочненные не имеют площадку текучести, для них установлен условный предел текучести s_0,2 , условный предел упругости s_0,02.

Пластические свойства арматуры характеризуются остаточным удлинением после разрыва – это характеризует возможность работы арматуры в конструкции (разрыв или плавный характер разрушения, возможность изготавливать арматурные изделия - механизация работ).

Наряду с прочностными и деформационными характеристиками часто требуется учитывать и ряд других свойств: свариваемость, хладноломкость.

Для армирования железобетонных конструкций с предварительным напряжением и без предварительного напряжения применяются следующие виды арматуры:

-горячекатанная гладкая (А240) или периодического профиля индекс (А300);

-термомеханически упрочненная периодического профиля;

-холоднодеформированная периодического профиля Æ3-12мм, индекс В (Вр);

-арматурные канаты диаметром 6-15мм, индекс К.

Дополнительные индексы буква «с» указывает на свариваемость, «к» - на повышенную коррозионную стойкость.

Модуль упругости для всех видов арматуры кроме канатной принимается 200000МПа; для канатной - 180000МПа.

Для ненапрягаемых конструкций используется А240 – А500.

В качестве продольной А300 – А400.

Поперечная и монтажная А240 – А240.

Сетки изготавливают В500.

Для напрягаемых конструкций – А500 и выше, все виды Вр и К.

Ненапрягаемую арматуру изготавливают в виде сварных (иногда вязаных) каркасов (плоских или пространственных) и сеток.

Стержни обычно по углам соединяются контактной или дуговой сваркой.

Плоские сварные каркасы изготавливают из двух или более продольных стержней с привариваемых к ним поперечной арматурой. Соотношение диаметров продольной и поперечной арматуры должен быть не менее 1/3 – ¼.

Расстояние между стержнями регламентируется нормами и зависит от диаметров стержней и размеров фракций заполнителя.

Арматурные проволочные изделия - к ним относятся арматурные канаты и пучки.

Канаты и пучки используются в предварительно напряженных длинномерных конструкциях

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.