Бетон, арматура и железобетон

ОГЛАВЛЕНИЕ

введение.............................................................................................................. 4

1. БЕТОН, АРМАТУРА И ЖЕЛЕЗОБЕТОН (Вопросы 1…28)............................... 5

2. ПРЕДНАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН (Вопросы 29…56).......................... 16

3. ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ (Вопросы 57…120).................... 30

3.1. нормальные сечения (Вопросы 57…82).......................................... 30

3.2. наклонные сечения (Вопросы 83…103).......................................... 45

3.3. изгибаемые элементы (Вопросы 104…120).................................. 56

4. прочность при сжатии, растяжении и местном действии нагрузки (Вопросы 121…146) 69

5. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ (Вопросы 147…171)................ 81

6. СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (Вопросы 172…187)... 95

7. НАГРУЗКИ (Вопросы 188…199).................................................................... 103

8. размерности (Вопрос 200)........................................................................ 109

основные буквенные обозначения..................................................... 110

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................... 112

введение

Общий курс "Железобетонные конструкции" относится к числу самых трудных в вузовской программе обучения по специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство", не говоря уже о других строи­тельных специальностях, имеющих меньший объем курса. Связано это, прежде всего, со сложностью самого железобетона – двуединого материла, работу которого далеко не всегда возможно описать классическими методами строительной механики.

Особую важность представляет 1-я часть курса, излагающая основ­ные понятия об упруго-пластической работе материалов, об условиях сов­местной работы бетона и арматуры, о напряженно-деформированном состо­янии обычных и предварительно напряженных элементов, о методах расчета прочности и трещиностойкости сечений и т.д. Без знания их невозможно не только осознанно и грамотно проектировать сами конструкции, но и иметь общее представление об их работе, необходимое инженеру на стройплощадке.

Между тем, как показывает опыт, именно эти базовые понятия наибо­лее слабо усваиваются студентами по причине того, что многие физичес­ки тесно связанные вопросы в лекциях и учебниках хронологически отда­лены друг от друга (а недостаток практических занятий проблему еще более усугубляет).

Попытками устранить этот изъян, осветить под несколько иными углами известные вопросы, показать причинные связи между ними и вызвано появление на свет настоящей книги, форма изложения в кото­рой была подсказана автору его многолетним опытом педагогической работы. Содержание учебного пособия охватывает все темы первой части курса "Железобетонные конструкции", исключая только работу про­странственных сечений и сопротивление динамическим воздействиям. В отдельную главу пособия выделена тема «Соединения железобетонных элементов», которая, имея самое непосредственное отношение к экспериментально-теоретическим основам курса, играет важнейшую роль в проектном деле и которая в учебниках, как правило, отдельно не рассматривается.

Разу­меется, пособие не заменяет ни лекций, ни учебников, а служит лишь до­полнением к ним. Более того, пользоваться пособием целесообразно, уже имея определенные знания о железобетоне, – тогда оно поможет углубить и быстрее систематизировать эти знания, лучше разобраться в физической сути расчетов сечений и работе самих конструкций.

БЕТОН, АРМАТУРА И ЖЕЛЕЗОБЕТОН

1. ДЛЯ ЧЕГО БЕТОНУ АРМАТУРА?

Бетон – это искусственный камень. Его прочность на сжатие намного (в 10...20 раз) превосходит прочность на растяжение. Поэтому бе­тон, как и природный камень, используют в тех частях зданий и сооружений, которые работают преимущественно на сжа­тие: в фундаментах, стенах, сводах, опорах мостов и т.п. Для изгибаемых элементов – балок, плит – бетон не годится: он разрушится от разрыва растянутой зоны при очень небольших нагрузках, задолго до исчерпания прочности сжатой зоны.

Если в растянутую зону ввести стальную арматуру (стержни, канаты и т.п.) и обеспечить ее надежное сцепление с бетоном, то после образования трещин она возьмет на себя все растягивающие усилия, оставив бетону только сжимающие. (А прочность арматуры на растяжение в сотни раз выше, чем у бетона.) Таким образом, изгибающему моменту будет сопротивляться внутренняя пара сил: сжимающая в бетоне и растягивающая в арматуре. Забегая вперед, отметим, что часто требуется устанавливать арматуру и в сжатом бетоне (см. главы 3 и 4).

2. ДЛЯ ЧЕГО АРМАТУРЕ БЕТОН?

Бетон – материал более долговечный, чем арматурная сталь, он менее подвержен коррозии. Кроме того, по сравнению со сталью бетон обладает более высокой огнестойкостью, т.е. дольше сохраняет несущую способность при действии высокой температуры, что особенно важно для успешной эвакуации при пожаре. Поэтому арматура, уложенная внутрь бетонного тела, хорошо защищена слоем бетона от коррозии и высокой температуры. Нормы проектирования устанавливают минимальные величины защитного слоя бетона: не менее диаметра стержня (в ряде случаев не менее 2-х диаметров) и не менее 10...70 мм в зависимости от типа конструкции и условий эксплуатации. Отметим также, что без защитного слоя невозможно обеспечить надежное сцепление арматуры с бетоном, а значит и их совместное деформирование.

3.БЕТОН – МАТЕРИАЛ УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИЙ. ЧТО ЭТО ОЗНАЧАЕТ?

Означает это, что при действии внешней нагрузки его деформации состоят из двух частей: упругой e_el (обратимой) и пластической e_pl (необратимой). Причем по мере роста напряжений доля e_pl возрастает, поэтому диаграммы сжатия и растяжения криволинейны (рис.1). Отсюда ясно, что модуль упругости бетона соответствует только начальному участку диаграммы, когда деформации еще можно считать упругими, – его и называют начальным модулем упругости: Е_b = s_b/e_el =tga_o.

Деформативность бетона зависит также от скорости его нагружения v: при мгновенном нагружении (например, ударе) пластические деформации ничтожно малы, при кратковременном – весьма заметны, при длительном – очень велики (в несколько раз больше, чем упругие; рис. 2). Прочность же при длительном нагружении, наоборот, уменьшается (рис. 3), что в расчетах учитывается коэффициентом условий работы g_b2.

Пластические свойства бетона вызывают такое явление, как ползучесть: рост во времени деформации e_п при постоянном напряжении s_b. Чем выше s_b или чем ниже прочность бетона, тем больше деформации ползучести e_п (рис. 4). Наиболее интенсивно e_п проявляется в первое время после приложения нагрузки, затем они постепенно затухают в течение нескольких лет.

Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4

4. ПОЧЕМУ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ СЖАТИИ ЭПЮРА НАПРЯЖЕНИЙ В БЕТОНЕ ПРЯМОЛИНЕЙНА, А ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ КРИВОЛИНЕЙНА?

При центральном сжатии деформации e_b в разных точках сечения одинаковы, значит одинаковы и напряжения s_b. При внецентренном сжатии деформации сечения меняются по линейному закону, т.е. по форме треугольника или трапеции (мы пользуемся гипотезой плоских сечений), но сама зависимость s_b – e_b криволинейна, поэтому криволинейна и эпюра s_b. В этом легко убедиться, рассмотрев хотя бы в 3-х точках деформации внецентренно сжатого сечения и найдя на диаграмме величины напряжений, соответствующие данным деформациям (рис.5). Подобная же форма эпюры напряжений в бетоне – и при изгибе.

Рис. 5

5.КАК ВЛИЯЕТ ПОЛЗУЧЕСТЬ НА НАПРЯЖЕНИЯ В БЕТОНЕ И АРМАТУРЕ?

Рассмотрим схему на рис. 6. После приложения нагрузки N бетон и арматура укоротились на величину, соответствующую относительной деформации e_b (благодаря сцеплению, они работают совместно). В бетоне установилось сжимающее усилие N_b1, а в арматуре N_sc1. Затем, вследствие ползучести, деформации выросли на величину e_п. Поскольку арматура работает практически упруго, сжимающие напряжения в ней с течением времени возрастают по закону Гука на величину Ds_sc= e_пЕ_s, а усилие – на величину DN_sc = Ds_scA_s (где А_s – площадь сечения арматуры), т.е. N_sc2 = =N_sc1 + DN_sc. Но если N_sc растет, а внешняя сила N постоянна, то, значит, усилие и напряжения в бетоне падают: N = N_b1 + N_sc1 = N_b2 + N_sc2. Происходит перераспределение напряжений: бетон частично разгружается, а арматура дополнительно нагружается. При наличии в сжатом бетоне преднапряженной (предварительно натянутой) арматуры растягивающие напряжения в ней падают, “теряются” – отсюда и термин “потери напряжений” (см. главу 2).

Рис. 6

6. ЧТО ТАКОЕ УСАДКА БЕТОНА?

Это свойство бетона самопроизвольно уменьшаться в объеме (укорачиваться во всех направлениях) в процессе твердения и набора прочности в воздушной среде. Усадке подвергается не весь бетон, а только цементный камень. Уменьшаясь в объеме, он сжимает встречающиеся препятствия (крупный заполнитель, арматуру), от которых, в свою очередь, получает реакции противодействия. Следовательно, в препятствии возникают сжимающие, а в цементном камне растягивающие напряжения. Последние приводят к появлению усадочных трещин. Чем меньше защитный слой бетона и чем больше диаметр арматуры, тем больше вероятность образования усадочных трещин на поверхности бетона (вот, кстати, еще одна причина, почему толщина защитного слоя зависит от диаметра арматуры). Если в обычной арматуре усадка вызывает сжимающие напряжения, то в преднапряженной приводит к уменьшению (потерям) растягивающих напряжений.

7. ПОЧЕМУ РАЗЛИЧАЮТ ПРИЗМЕННУЮ И КУБИКОВУЮ ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПРИ СЖАТИИ?

Призменная прочность R_b наиболее точно соответствует реальной прочности бетона в конструкциях, ее определяют испытанием стандартных призм размерами 150´150´600 мм. Однако изготовление призм требует вчетверо больше расхода бетона, чем изготовление кубов, а их испытание – дело очень трудоемкое (много времени отнимает центрирование призмы на прессе) и требующее дополнительных приборов. Поэтому в строительной практике призмы заменены кубами размерами 150´150´150 мм, хотя их прочность R на 33...37 % выше, чем R_b (вызвано это, главным образом, влиянием сил трения между плитами пресса и опорными гранями куба). R_b и R связаны между собой эмпирической зависимостью: R_b = (0,77– 0,001R)R.

8.КАК МОЖНО УВЕЛИЧИТЬ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНА сЖАТИЮ?

Разрушение бетонных призм происходит вследствие поперечных деформаций, вызывающих продольные трещины (рис. 7,а). Если призму стянуть поперечными хомутами, то поперечные деформации уменьшатся, продольные трещины появятся позже, разрушение произойдет при более высокой нагрузке – сработает эффект обоймы. Роль внешних хомутов с успехом может выполнить и поперечная (косвенная) арматура в виде сеток или спиралей. Растягиваясь под влиянием поперечных деформаций бетона, арматура сопротивляется и сама воздействует на бетон в виде сжимающих сосредоточенных сил поперечного направления (рис. 7,б).

Рис.7 Рис.8

9. В ЧЕМ РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ МАРКАМИ И КЛАССАМИ БЕТОНА ПО ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ?

Марка М – это средняя кубиковая прочность бетона`R в кг/см²; в про­екти­ровании железобетонных конструкций с 1986 г. не применяется, но в строительной практике по-прежнему имеет хождение. Класс В – это кубиковая прочность в МПа с обеспеченностью (доверительной вероятностью) 0,95. Как и любой другой материал, бетон обладает неоднородной прочностью – от R_min до R_max. Если изменчивость прочности представить в виде кривой нормального распределения (рис. 8), где n – число испытаний, то марка М будет соответствовать ее вершине, а класс В численно соответствует 0,0764М (при коэффициенте вариации 0,135). Например, В30 примерно соответствует М400.

10. ЧТО ТАКОЕ “МЯГКАЯ” И “ТВЕРДАЯ” АРМАТУРНАЯ СТАЛЬ?

“Мягкая” арматура (классы А-I, A-II, A-III) на диаграмме растяжения (рис. 9,а) имеет три главных участка: упругие деформации (здесь действует закон Гука), площадку текучести при напряжениях s_pl (предел текучести) и упруго-пластические деформации (криволинейный участок). При проектировании конструкций используют первый и второй участки. Текучесть стали в той или иной степени учитывают в расчетах нормальных сечений на изгиб (при слабом армировании, при многорядном расположении арматуры и т.д.), в расчетах статически неопределимых конструкций по методу предельного равновесия и в других случаях. Третий участок в расчетах не участвует – деформации там столь велики, что в реальных условиях они соответствуют уже разрушению конструкций.

“Твердая”, или высокопрочная арматура (классы А-IV, Ат-IV и выше, B-II, Bp-II, K-7, K-19) не имеет физического предела текучести (рис. 9,б), она деформируется упруго до предела пропорциональности, а далее диаграмма постепенно искривляется. В качестве границы безопасной работы принят условный предел текучести s₀₂, при котором остаточные, т.е. пластические удлинения составляют 0,2 %. У “твердых” сталей прочность выше, чем у “мягких”, но зато меньше удлинения при разрыве d, т.е. у них хуже пластические свойства, они более хрупкие. “Мягкая” и “твердая” сталь – понятия, разумеется, условные и в официальных документах отсутствуют, но они очень удобны в обиходе, потому их широко используют в научно-технической литературе.

11. НАСКОЛЬКО ВАЖНА ВЕЛИЧИНА УДЛИНЕНИй АРМАТУРЫ ПРИ РАЗРЫВЕ?

При малых удлинениях может произойти хрупкое (внезапное) обрушение железобетонной конструкции, даже при небольших перегрузках: арматура разорвется, когда прогибы малы, а раскрытие трещин незначительно – другими словами, когда конструкция не подает сигналов, предупреждающих о своем опасном состоянии. Поэтому арматура любого класса должна иметь величину равномерного относительного удлинения при разрыве d, как правило, не менее 2 %.

12. В ЧЕМ РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ ТЕКУЧЕСТЬЮ СТАЛИ И ПОЛЗУЧЕСТЬЮ БЕТОНА?

Текучесть проявляется только по достижении определенных напряжений (s_pl), а ползучесть – при любых напряжениях. Деформации ползучести тем больше, чем выше напряжения в бетоне и чем продолжительнее действует нагрузка. Деформации текучести проявляются очень быстро, в течение всего нескольких минут, а деформации ползучести могут длиться годами.

Рис.9 Рис.10

13. ПОЧЕМУ ДЛЯ МОНТАЖНЫХ ПЕТЕЛЬ ПРИМЕНЯЮТ СТАЛЬ КЛАССА А-I И ПОЧТИ НЕ ПРИМЕНЯЮТ СТАЛЬ ДРУГИХ КЛАССОВ?

Вовсе не потому, что стержни А-I имеют гладкий профиль, а потому, что у этой стали самые высокие пластические свойства, которые позволяют загибать стержни с малыми радиусами кривизны. Если аналогичные петли изготавливать из “твердой” (высокопрочной) стали, то в них образуются трещины, которые приведут к излому петель, если не в процессе изготовления, то в процессе подъема самой конструкции, что особенно опасно.

14. ЧТО ТАКОЕ РЕЛАКСАЦИЯ напряжений СТАЛИ И КОГДА ОНА ПРОЯВЛЯЕТСЯ?

Релаксация заключается в том, что при зафиксированной деформации e_sp (например, в растянутом силой Р стержне, неподвижно закрепленном по концам) напряжения s_sp через некоторое время падают на величину Ds_sp (рис. 10). Релаксация – результат пластических свойств стали. У “твердой” стали она проявляется при напряжениях выше предела пропорциональности, у “мягкой” – выше предела текучести. Релаксацию учитывают при проектировании преднапряженного железобетона, когда определяют потери напряжений в натянутой арматуре.

15. ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО СЦЕПЛЕНИЕ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ?

Нужно для обеспечения их совместных деформаций. При отсутствии сцепления арматура никакой пользы не принесет – бетон будет работать сам по себе, а арматура лишь служить балластом. Без сцепления арматуру можно применять в преднапряженных конструкциях, размещая ее в специальных каналах (а иногда даже снаружи конструкции) и передавая усилие ее предварительного натяжения на бетон через концевые анкера – арматура здесь выполняет роль внешней силы, разгружающей конструкцию. Следует, однако, оговориться, что такую арматуру можно применять только при условии ее надежной защиты от коррозии.

16. ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ СЦЕПЛЕНИЕ?

От нескольких факторов, главные из которых: силы склеивания цементного камня с поверхностью металла, силы трения, вызванные усадкой бетона, и силы механического зацепления выступов арматуры за бетон (последние – у арматуры периодического профиля). Эти силы Т_сц препятствуют проскальзыванию арматуры относительно бетона и направлены в сторону, противоположную направлению смещения арматуры. Они являются реакцией противодействия и в сумме равны продольному усилию в стержне: S Т_сц = N_s. Очевидно, что сцепление лучше у арматуры периодического профиля и хуже у гладких стержней, особенно с промасленной, грязной или ржавой поверхностью. На практике пользуются не сосредоточенными силами Т_сц, а касательными напряжениями t_сц = Т_сц /А_сц, где А_сц– площадь поверхности контакта арматуры и бетона.

17. ЧЕМ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ СЦЕПЛЕНИЕ?

Характеризуется длиной зоны анкеровки l_an, т.е. такой длиной заделки арматуры в бетоне, которая обеспечивает полное использование прочности стали. Иначе говоря, если стержень заделан на вели-

чину lx ³ lan, то выдернуть его из бетона невозможно, он разорвется или потечет в другом месте при усилии Ns1 = RsAs; если на величину lx< lan, то он выдернется при усилии Ns2 = RsAs(lx / lan), недоиспользовав свою прочность (рис. 11).

Рис. 11

В последнем случае говорят, что стержень слабо заанкерен в бетоне. (Шутливый пример: если при выдергивании морковки у нее обрывается ботва, это значит, что морковка хорошо “заанкерена” в грядке.)

Чем лучше сцепление, тем выше t_сц, тем меньше l_an. Эпюра t_сц для простоты расчетов принимается прямоугольной, а эпюра N_s соответственно треугольной, хотя в действительности обе они криволинейны (пунктирные линии на рис.11). Длину зоны анкеровки определяют по эмпирической зависимости l_an = (w_anR_s /R_b + Dl_an)d, где w_an и Dl_an – коэффициенты, учитывающие профиль арматуры и характер усилий (сжатие или растяжение), d – диаметр стержня, R_s и R_b.– расчетные сопротивления арматуры и бетона. Задача конструктора состоит в том, чтобы обеспечить заделку арматуры по обе стороны опасного сечения на величину не менее l_an.

18. ПОЧЕМУ ВЕЛИЧИНА l_an ЗАВИСИТ ОТ ДИАМЕТРА АРМАТУРЫ?

При увеличении диаметра вдвое площадь сечения увеличивается вчетверо; вчетверо (при той же прочности) увеличивается и усилие в стержне. Чтобы удержать этот стержень в бетоне от выдергивания, нужно вчетверо больше сил сцепления, в то время как периметр, а значит, и площадь контакта арматуры с бетоном возросли только вдвое. Следовательно, нужно еще вдвое увеличить площадь контакта, т.е. вдвое увеличить длину анкеровки.

В процессе эскизного конструирования при армировании наиболее распространенной сталью класса A-III можно пользоваться простыми зависимостями: для растянутой арматуры l_an= 40d, для сжатой l_an= 30d, для растянутых стыков внахлестку l_an= 50d, для сжатых стыков l_an= 35d. Окончательное решение, разумеется, следует принимать с учетом формулы, приведенной в ответе 17.

19. ПОЧЕМУ ВЕЛИЧИНА l_an ЗАВИСИТ ОТ ПРОЧНОСТИ АРМАТУРЫ?

С увеличением прочности (расчетного сопротивления R_s) растет и выдергивающие усилие: N_s = R_sA_s. Для удержания арматуры требуется увеличить сумму сил Т_сц, а это возможно (при прочих равных условиях) только увеличив длину анкеровки арматуры в бетоне. Поэтому, чем выше R_s, тем больше требуемая величина l_an.

20. ПОЧЕМУ ВЕЛИЧИНА l_an ЗАВИСИТ ОТ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА?

Во-первых, чем выше прочность бетона (расчетное сопротивление R_b), тем выше его адгезия (силы склеивания) с металлом. Во-вторых, чем выше прочность бетона, тем лучше его выступы сопротивляются силам зацепления выступов арматуры. Поэтому, чем выше R_b, тем меньше величина l_an.

21. КАК БЫТЬ, ЕСЛИ АРМАТУРУ В БЕТОНЕ НЕВОЗМОЖНО ЗАДЕЛАТЬ НА ВЕЛИЧИНУ l_an ?

Когда такие случаи встречаются в проектной практике, приходится заанкеривать арматуру дополнительно. Например, концы монтажных петель загибают в “крюки” (рис. 12,а), концы рабочих стержней в узлах ферм загибают в “лапы” или приваривают к ним “коротыши” (рис. 12,б), продольную рабочую арматуру в изгибаемых элементах приваривают к опорным закладным изделиям (рис. 12,в).

Кстати, до середины 1950-х годов применяли преимущественно гладкую арматуру, сцепление которой с бетоном очень слабое. Поэтому для ее анкеровки в бетоне концы стержней всегда загибали в “крюки” или в “лапы”.

Рис. 12

22. МОЖНО ли ЗАДЕЛАТЬ РАБОЧУЮ АРМАТУРУ НА ВЕЛИЧИНУ l_x < l_an?

Можно только в одном случае – если арматура поставлена с запасом против требуемой расчетом по прочности. Например, по условию прочности требуемая площадь арматуры равна А_s1, а по условию трещиностойкости ее площадь пришлось увеличить вдвое: А_s2 = 2А_s1. В этом случае длину анкеровки l_an, вычисленную для арматуры А_s2 по формуле, приведенной в ответе 17, можно уменьшить в отношении А_s1 /А_s2, т.е. наполовину.

23.почему В РАСЧЕТе ПРОЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ кОНСТРУКЦИЙ ИСПОЛЬЗУЮТ ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ СЖАТОГО БЕТОНА, но НЕ ИСПОЛЬЗУЮТ ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ РАСТЯНУТОЙ АРМАТУРЫ?

Если использовать предел прочности арматуры (временное сопротивление разрыву s_su – см. рис.9), то ее удлинения будут столь велики, что у конструкции образуются недопустимо большие трещины и перемещения, но главное – у изгибаемых элементов крайние сжатые волокна бетона намного раньше достигнут предельных деформаций сжатия (ε_bu на рис.1), и разрушение сжатой зоны наступит прежде, чем арматура достигнет предела прочности на растяжение. Поэтому в расчетах используют предел текучести – физический s_pl или условный s₀₂.

24. ЧТО ТАКОЕ НОРМАТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНА И АРМАТУРЫ?

Любой материал, даже бетон одного класса и сталь одной марки, не обладает стабильно одинаковой прочностью. Брать в таких случаях среднюю прочность`R слишком рискованно (50 % вероятности того, что в опасном сечении конструкции прочность материала окажется ниже`R), а брать R_min – слишком накладно (столь низкая прочность приведет к увеличению размеров сечения). Поэтому специалисты условились принимать в качестве нормативной R_n такую прочность, которая давала бы 95 % гарантии, а риска – лишь 5 %, аналогично тому, как принимается класс бетона (см. вопрос 9). На математическом языке это называется “с обеспеченностью 0,95”. Следовательно, нормативным сопротивлением бетона сжатию R_bn является призменная прочность с обеспеченностью 0,95, а нормативным сопротивлением арматуры растяжению R_sn – условный или физический пределы текучести с обеспеченностью 0,95.

25. ЧТО ТАКОЕ РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНА И АРМАТУРЫ?

Строительные конструкции должны обладать запасом несущей способности, который предохраняет от многих неприятных случайностей и обеспечивает долговечность зданий и сооружений. Вот почему в расчетах по прочности сечений используют не нормативные, а более низкие – расчетные сопротивления материалов, взятые с запасом по отношению к нормативным: R = R_n /g, где g - коэффициент надежности по прочности. Для бетона g_b =1,3, для арматуры g_s = (1,05...1,2) в зависимости от класса стали. Значение g тем больше, чем больший разброс прочности материала, или, говоря иначе, чем менее однородна его прочность.

26. В КАКИХ РАСЧЕТАХ ИСПОЛЬЗУЮТ НОРМАТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ БЕТОНА И АРМАТУРЫ?

Если у конструкции в процессе эксплуатации чрезмерно раскрылись трещины или прогибы превысили допустимые значения, то последствия этого не столь опасны, как при исчерпании прочности (разрушении). Вот почему в расчетах по 2-й группе предельных состояний используют преимущественно нормативные сопротивления R_n. Правда, Нормы проектирования в последней редакции обозначают их R_ser и именуют “расчетными сопротивлениями для предельных состояний 2-й группы”, но столь длинное название выговаривать неудобно, поэтому инженеры и ученые в обиходе по-прежнему употребляют термин “нормативное сопротивление”, тем более что численно R_ser = R_n.

27. ЧЕМ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ АРМАТУРЫ СЖАТИЮ?

Определяется предельной сжимаемостью бетона e_bu = 2×10^–3 (рис. 1). Поскольку, благодаря сцеплению, арматура деформируется совместно с бетоном (e_sc = e_bu), предельные напряжения в ней s_sc,u = e_sc×E_s = =2×10^–3×200×10³ = 400 МПа, отсюда и R_sc = 400МПа. Если приложенная нагрузка действует длительно, то за счет ползучести предельная сжимаемость возрастет до 2,5×10^–3, соответственно и R_sc = 500МПа. При этом, разумеется, R_sc не может превышать расчетного предела текучести стали, т.е. R_sc £ R_s. Заметим, что указанные расчетные значения e_bu приняты одинаковыми для бетона всех классов. На самом деле, со снижением класса бетона его деформативность увеличивается, растет и e_bu.

28. ПОЧЕМУ ОГРАНИЧИВАЮТ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ арматурными СТЕРЖНЯМИ в конструкциях?

Вызвано это условиями бетонирования: при слишком малых расстояниях зерна крупного заполнителя могут застрять между стержнями (канатами, проволокой) и препятствовать качественной укладке и уплотнению бетонной смеси. А некачественное бетонирование приводит к ослаблению сечений, ухудшению сцепления арматуры и т.д. Поэтому Нормы вводят такие предписания: если при бетонировании стержни занимают горизонтальное положение, то расстояния в свету должны быть не менее 25 мм для нижних и не менее 30 мм для верхних стержней; если стержни при бетонировании занимают вертикальное положение, то – не менее 50 мм, и во всех случаях – не менее самого большого диаметра среди соседних стержней.

Когда эти предписания не удается выполнить (например, при ограниченных размерах сечения или при большой насыщенности арматурой), то можно устанавливать стержни попарно, вплотную друг к другу – такое решение Нормы допускают.