Расчет и проектирование железобетонного перекрытия и колонны 5-ти этажного промышленного здания 32 х 20 м

Пояснительная записка готовая.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(наименование факультета)
(наименование кафедры)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
(наименование учебной дисциплины (модуля))
на тему: Расчет и проектирование железобетонного перекрытия и колонны
Направлениеспециальность профильспециализация:
код направления наименование направления (специальности)
подпись (должность И.О.Ф.)
Компоновка монолитного ребристого перекрытия с
балочными плитами . 3
Предварительные размеры поперечного сечения
1. Статический расчёт . .5
2 Подбор продольной арматуры ..5
3. Подбор поперечной арматуры ..6
4. Конструирование сварных сеток плиты .6
5. Проверка анкеровки продольных растянутых стержней заводимых за грань свободной опоры . 6
Второстепенная балка .. ..7
1. Статический расчет 7
2. Уточнение размеров поперечного размера .. 8
3. Подбор продольной арматуры . 9
4. Подбор поперечной арматуры .. 10
5 Проверка анкеровки продольной растянутой арматуры на свободной опоре . 11
6. Эпюра материалов (арматуры) ..11
7 Определение расстояния от точки теоретического обрыва до торца обрываемого стержня . 16
Расчет колонны .. .17
1 Вычисление нагрузок 17
2 Подбор сечений .. 18
Использованная литература .. . 20
ЧАСТЬ I. МОНОЛИТНОЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ С БАЛОЧНЫМИ ПЛИТАМИ
Длина здания – 32 м ширина здания – 20 м. Стены кирпичные 1-й группы кладки толщиной t=51 см. Сетка колонн l1xl2=5x64 м. Количество этажей nst=5. Высота этажа Нst=6 м. Нормативная временная нагрузка Vn=17 кНм2 по своему характеру статическая. Длительно действующая часть временной нагрузки составляет 06·17=102кНм2.
Бетон тяжелый класса В15. В качестве арматуры балок применяется стержневая арматурная сталь класса А300 плита армируется проволочной арматурой класса В500. Здание промышленное отапливаемое.
Расстояние между поперечными стенами меньше 54м поэтому здание имеет жесткую конструктивную схему. Иными словами междуэтажные перекрытия и покрытие являются жесткими (несмещаемыми) в горизонтальном направлении опорами для наружной стены. Следовательно железобетонные рамы (главные балки совместно с колоннами) не участвуют в восприятии горизонтальной (ветровой) нагрузки. В этом случае не имеет значения в каком направлении расположены главные балки. Принимаем пролёт второстепенной балки l2=64 м а пролёт главной балки равным l1=5м.
Толщину плиты принимаем hf =6 см.
Расстояние между осями второстепенных балок определяют по формуле:
Задаёмся = 01. Этому значению соответствует =0095.
Из приложения следует что γb1=09. При этом значении коэффициента классу бетона В15 соответствует Rb=77МПа =770Нсм2
Сечение ho определяют по формуле ho= hf – а.
а = ав +05d =1+05*1=15 см. Следовательно ho = hf – а =6-15= 45 см.
Погонная нагрузка на расчётную полосу плиты q=32552 кНм2
Задаёмся = 01. Этому значению соответствует =0139.
Из двух значений выбираем наименьшее. =5001053=474 в пролете главной балки следует разместить 4 второстепенных балки. Следовательно принимаем = 100 см.
Расчётная нагрузка на 1 м2 плиты
Нормативная нагрузка кНм2
Расчетная нагрузка на 1 пог. м. ригеля кНм2
Бетонное основание под полы
Железобетонная плита
Рекомендуемая высота второстепенной балки:
h=112l1=640012= 5333мм
h=118l1=640018= 3555мм
Принимаем высоту второстепенной балки равной 450мм
Принимаем сечение второстепенной балки 450х220мм
Рекомендуемая высота главной балки:
h =18l2=50008= 625мм
h =112l2= 500012=4166мм
Принимаем высоту главной балки 500мм
Принимаем сечение главной балки 500х200мм
Поперечное сечение колонны принимаем квадратным с размером стороны 04м.
1. Статический расчёт.
Определяем расчетные длины пролетов:
l01= 1000-2202-250+642 = 672мм = 067 м.
l02= 1300 – 200 = 1100мм = 11 м.
Определяем максимальные изгибающие моменты кН*м:
а) в 1 пролёте: М1=ql211=32552 (067)211=1328 кН*м
б) по грани опоры В: Мв =- ql211= - 32552 (078)211= - 18 кН*м
в) во 2 пролёте: М2=ql216=32552 (078)216= 1237 кН*м
Поперечные силы кН :
а) на опоре А: QА=04ql=0432552067= 872 кН
б) на опоре В: QВ =06ql=0632552067= 1308 кН
2 Подбор продольной арматуры:
В рассматриваемом случае . По этой причине во II пролете и на опоре С площадь сечения арматуры Аs= 08077 = 062 см2. Так как эта площадь больше Аs min= 0001·b·h0 = 0001·100·45 = 045 см2 то расчет закончен.
3. Подбор поперечной арматуры:
Классу бетона В15 при γb1=09 соответствует расчетное сопротивление бетона осевому растяжению Rbt= 067МПа = 67 Нсм2.
Условие прочности выполняется поперечная арматура не требуется.
4. Конструирование сварных сеток плиты:
Принимаем 2 сетки:(основную и дополнительную).
Основную располагают во всех пролетах над всеми опорами дополнительную - только в первом пролете и над опорой В.
Рабочую арматуру основной сетки подбирают по площади сечения арматуры требуемой во втором пролете. Рабочая арматура дополнительной сетки определяется исходя из разности требуемого значения площади сечения на опоре В и значением площади сечения арматуры выбранной для основной сетки.
0 – шаг рабочих стержней
0 – шаг распределительных стержней
– диаметр стержней рабочей арматуры
– диаметр распределительной арматуры.
Дополнительная сетка:
5. Проверка анкеровки продольных растянутых стержней заводимых за грань свободной опоры:
Анкеровка считается обеспеченной если фактический запуск стержней продольной арматуры за грань стены равен или больше 5d (при ) и равен или больше 10d (при )
Таким образом стержни должны быть заведены за грань на 5d = 505 = 25 см. Так как в действительности стержни заходят за внутреннюю грань стены на 12-2=10 см (2 см – расстояние от торца стены до торца стержня) то анкеровка обеспечена.
Второстепенная балка
1. Статический расчет.
Расчётная нагрузка на 1 погонный м. второстепенной балки.
Расчётная нагрузка на 1м2 плиты кНм2
Шаг второстепенных балок м
Расчётная нагрузка на 1 погонный м. балки (кНм).
Собственный вес плиты основания и плитки
Собственный вес ребра второстепенной балки
b(h-hf)1ργfγn= 022(045-006)* 25*067*1 =144
Вычисление положительных изгибающих моментов кНм в точках 1;2;3;4;6;7;8;9:
Мmax1=0091339896182=118129 кНм – максимальный изгибающий момент действующий в первом пролете.
М1=0065339896182= 8438 кНм
М2=0090339896182=1168 кНм
М3=0075339896182=9736м
М4=002339896182=2526 кНм
Мmax2=0062533989622= 8186 кНм – максимальный изгибающий момент действующий во втором пролете.
М6= М9=001833989*622=2352 кНм
М7 = М8 = 005833989622=7578кНм
Отрицательные изгибающие моменты (кНм) в точках 5;6;7;8;9;101112:
Мmax5=-0071533989622=-9342 кНм
М5=-00715339896182== -9236 кНм
М6=-004033989622== -5226м
М7=-002433989622== -3136 кНм
М8 = -002133989622== -2744 кНм
М9=-0034*33989*622== -4442 кНм
М10=-00625*33989*622== -8166 кНм
Максимальные поперечные силы (кН) на опорах АВ и С:
α = 04 – на опоре А.
α = 06 – на опоре В слева.
α = 05 – на опоре В справа на опоре С слева и справа.
QА=0433989618=8402 кН
QВл=0633989618=12603 кН
QВп=053398962=10536 кН
Qсл=053398962=10536 кН
Qсп=053398962=10536 кН
2. Уточнение размеров поперечного размера.
Значение относительной высоты сжатой зоны бетона для балок 03 04. Принимаем =035.
Определяем рабочую высоту сечения:
Определяем рабочую высоту сечения из условия обеспечивающего прочность бетонной полосы ребра между наклонными трещинами:
Принимаем наибольшее значение: =446 см.
Задаемся диаметром стержня d = 2 см тогда ав = 2 см.
Величина а = ав +05 d = 3см.
Высота сечения h=h0+a=446+3=476см.
Окончательно принимаем b=22см h=48см во всех пролетах.
3. Подбор продольной арматуры:
Момент имеет знак плюс следовательно полка находится в сжатой зоне. Вычислим значение вводимой в расчет ширины полки bf = b + 2 свеса. Значение свеса должно быть не более 16 пролета элемента и не более 12 расстояния в свету между второстепенными балками.
а) bf = b + 2(16) 675= 22+2(16) 618=228 см
а) bf = 22+2 (100-22)2 = 100 см
Принимаем bf = 100cм
Несущая способность сечения балки:
h0 = h - a=48-3=45см
= (-05hf) =7701006(45-056)=19404000 Нсм
Определяем площадь сечения арматуры в первом пролете:
Принимаем 218A300+214A300. Фактическая площадь As = 817см2.
Определяем площадь сечения арматуры во втором пролете:
Принимаем 214A300+.212A300 Фактическая площадь As = 534см2.
Определяем площадь сечения арматуры на опоре В:
=218A300 + 114A300+ 112A300=776
Принимаем. Фактическая площадь As= 776.
Определяем площадь сечения арматуры на опоре С:
=216A300 + 212A300=628
Принимаем. Фактическая площадь As= 628см2.
4. Подбор поперечной арматуры:
Принимаем минимально возможный диаметр хомутов. Так как h800 мм принимаем d=5мм. При таком диаметре классу арматуры A300 соответствует Rsw= 215 МПа.
Поскольку h>45см. шаг хомутов S1 (на приопорных участках равных пролета) должен быть не более (13)h не более 50 см и не более Smax. Шаг хомутов S2 (в средней части пролета) не более (34)h и не более 50 см. Принимаем S1 = 150 мм
S2 = 350 мм. Так как b35см. принимаем двухсрезные хомуты.
Определим необходимость расчёта наклонных сечений на действие поперечной силы по наклонной трещине.
Так как Qлb= 126030 кН > Qb.min.=φb3Rbtbh0=06672245 = 39798 кН то расчет обязателен.
На участке примыкающем к опоре А полка (плита) находится в сжатой зоне. Вводимая в расчет ширина полки bf =b+3 hf=22+36=40 см.
Коэффициент учитывающий влияние сжатой полки:
Усилие воспринимаемое хомутами на приопорном участке:
Поперечное усилие воспринимаемое хомутами и сжатой зоной бетона на участке примыкающем к опоре А:
На участках примыкающих к опорах В и С полка находится в растянутой зоне поэтому φf=0.
Определение площади сечения отгибов:
т.к. «-» то отгибы по расчету
. т.к. «-» то отгибы по расчету не требуются.
5 Проверка анкеровки продольной растянутой арматуры на свободной опоре:
Так как длина запуска стержней за внутреннюю грань стены должна быть не менее 10d=102=20 см. В действительности стержни будут заведены за грань стены на 25 – 1 = 24 см где 1 см - расстояние от торца балки до торца стержня. Следовательно анкеровка обеспечена.
6. Эпюра материалов (арматуры)
В целях экономии металла часть стержней продольной растянутой арматуры не доводят до опоры а обрывают там где они уже не требуются по расчету. Места обрыва стержней определяют с помощью эпюры материалов.
Эпюра материалов – это эпюра любая ордината которой означает несущую способность нормального сечения соответствующего этой ординате. Иными словами – эпюра материалов – это эпюра моментов воспринимаемых сечениями балки с фактически имеющейся продольной растянутой арматурой.
Ординату эпюры материалов в любом сечении определяют по формуле:
Правую часть этого уравнения называют или моментом внутренней пары сил или несущей способностью сечения или моментом который может взять на себя сечение. При этом высоту сжатой зоны бетона определяют по формуле:
- если сжатая зона располагается в ребре
- если сжатая зона находится в полке.
В пролете 4 стержня разных диаметров. Стержни большего диаметра размещаются в углах ребра (так положено). Из 4 стержней два доводим до опор т.к. 150 мм b 350 мм. До опор доводим угловые стержни так как:
) Угловые стержни окажутся в местах перегиба хомутов и будут анкерами для последних.
) Угловые стержни прямые а промежуточные отогнутые. И в этом случае расстояние от этих стержней до боковой грани ребра будет больше чем требуемое: 2d.
Чтобы удовлетворить первому условию достаточно расположить отгибы относительно опор и друг друга на максимально допустимых расстояниях. Так расстояние от внутренней грани свободной опоры до верхнего конца отгиба должно быть не более 50 мм. Принимаем 50 мм. Расстояние между концом предыдущего отгиба и началом последующего не должно превышать S1. Принимаем 200 мм. Расстояние между боковой гранью главной балки и верхним концом первого от опоры отгиба должно быть не более S1. Принимаем 50 мм как и у свободной опоры.
Проверка правильности расположения отгибов относительно эпюры изгибающих моментов:
Начало отгиба в растянутой зоне (где бы она ни находилась) должно отстоять от нормального сечения в котором отгибаемый стержень используется по расчету не менее чем на h02 а конец отгиба должен быть расположен не ближе того нормального сечения в котором отгиб не требуется по расчету. Иначе говоря конец отгиба должен быть расположен так чтобы эпюра материалов не врезалась в эпюру изгибающих моментов. При соблюдении этого условия плечо внутренней пары сил Zs inc > Zs а следовательно и несущая способность наклонного сечения будет не меньше чем нормального пересекающегося с наклонным в центре тяжести сжатой зоны.
По низу балки за внутреннюю грань опоры (крайней или промежуточной) заводят не все продольные рабочие стержни а лишь необходимы минимум. В рассматриваемом случае за внутреннюю грань опоры заведено два стержня поскольку 150b350 мм. Стержни заводимые в смежный пролет должны быть заведены за ближайшую боковую грань главной балки не менее чем на длину зоны анкеровки lan. Остальные стержни отгибают так как при вязаных каркасах обрыв стержней в пролете понизу запрещен. Отогнутые на крайнюю опору стержни должны быть заведены за грань стены на длину зоны анкеровки.
Угол наклона отгиба к продольной оси балки при как правило принимают равным 450 однако в низких балках допускается уменьшать угол до 350. Радиус дуги по которой отгибается наклонный участок стержня должен быть не менее 10d (во избежание смятия бетона на участке загиба стержня). Верхние кон
цы отогнутых стержней которые не переводятся через опору в смежный пролет должны заканчиваться прямыми участками длиной не менее 08lan но не менее 20d в растянутой и 10d в сжатой зоне.
При временной нагрузке на перекрытие в пролетах балки устанавливают открытые хомуты. В противном случае а так же на участках с верхней рабочей продольной арматурой устанавливают закрытые хомуты. При ширине балки менее 350 мм применяют двухсрезные хомуты. Рекомендуют чтобы каждый двухсрезный хомут охватывал в одном ряду не более пяти растянутых стержней. Первый хомут на крайней опоре ставят у торца балки с необходимым защитным слоем а у промежуточной опоры на расстоянии 50 мм от боковой грани главной балки.
Шляповидные стержни необходимы для восприятия наклонными участками поперечных сил. Горизонтальные участки необходимы для анкеровки наклонных. В рассматриваемом случае принято у каждой промежуточной опоры по 212A300. Фактическая площадь As = 226см2 что больше требуемой по расчету на опоре В слева.
Ординаты эпюры материалов
Схема внутренних усилий
Для нижней грани первого пролета:
ø18А300+1ø14А300 Аs=663 см2
ø18А300+2ø14А300 Аs=817 см2
Для верхней грани первого пролета:
Для нижней грани второго пролета:
ø18А300 +1ø14А300+1ø12А300
ø16А300 +1ø14А300+1ø12А300
7 Определение расстояния от точки теоретического обрыва до торца обрываемого стержня.
Чтобы обеспечить прочность нормального сечения проходящего через точку теоретического обрыва (сечение в котором изгибающий момент равен несущей способности) необходимо продлить стержень за это сечение на длину lan. lan определяем как наибольшее из трех условий:
Определение расстояния от точки теоретического обрыва до торца обрываемого стержня.
Абсцисса точки теор. обрыва м
При этом максимальные поперечные силы имеют такие значения:
1.Вычисление нагрузок
Подсчет нагрузок ведем в предположении что все перекрытия имеют одинаковую массу.
Вес колонны высотой в пять этажей: b2Hэтnργfγn= 042·6·25·11·1·5= 132 кН.
Доля длительной нагрузки – 1525=06; кратковременной – 04.
Вычисление продольной силы в колонне на уровне верха фундамента
Расчетная нагрузка на 1 пог. м. перек
Количество перекрытий передающих нагрузкушт.
Расчетная продольная силакН
Временная (длительная)
Согласно карте районирования РФ нормативное значение веса снегового покрова S0=2.4 кНм2. Нагрузка на 1 пог.м плиты
S0γfγnl2=24·5·64·1=768 кНм
Ширина колонны квадратного сечения:
Принимаем b = 50 см. Площадь сечения бетона As = 2500см2.
Усилие воспринимаемое арматурой:
где -коэффициент продольного изгиба:
принимаем по прил.7 и 8 МУ;
если αs05 то осуществляем последовательные приближения.
Lo=0.7(6.42+4250+700)=3467.24 см
Гибкость 34672448=72 тогда
Задаёмся 8ø28А400 с Аs=4926см2
Насыщение сечения продольной арматурой 49262500·100%=197%3% следовательно шаг поперечных стержней принимаем не более 20·d=20·22=44 см не более 2b=2×453=906 и не более 50 см. Окончательно принимаем шаг поперечных стержней равным 400 мм=40см
СНиП 11-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат 1983.
СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат 1983.
СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. – М.: Минстрой России ГП ЦПП 1996.
Методические указания по выполнению курсового проекта №1 для студентов специальности 2903 – «Промышленное и гражданское строительство». Часть 1. – Б.Г. Аксенов Н.Б. Аксенов РГСУ 2003 г.
Методические указания по выполнению курсового проекта №1 для студентов специальности 2903 – «Промышленное и гражданское строительство». Часть 2. – Б.Г. Аксенов Н.Б. Аксенов РГСУ 2003 г.
«Железобетонные перекрытия» - Б.Г. Аксенов Н.Б. Аксенов Ростов-на-Дону 1996 г.
Попов Н.Н. Забегаев А.В. Проектирование и расчет железобетонных и каменных конструкций. – М.: Высшая школа 1985 1989.
Руководство по расчету статически непреодолимых железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат 1975.
Бондаренко В.М. Судницын А.И. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции. - М.: Высшая школа. 1984.
Расчет и конструирование частей жилых и общественных зданий: Справочник проектировщика. – Киев: Будивельник 1987.
Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. – Киев: Будивельник 1985.
Бондаренко В.М. Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. – М.: Высшая школа 1987.
Попов Н.Н. Чарыев М. Железобетонные и каменные конструкции. – М.: Высшая школа 1996.
Бондаренко В.М. Бакиров Р.О. Назаренко В.Г. Римшин В.И. Железобетонные и каменные конструкции. – М.: Высшая школа 2003.

Курсовой проект.dwg

Закрытое Акционерное Общество
План перекрытия 1 этажа
План перекрытия 2 этажа
Схема расположения элементов стропильной системы
Стропильная нога 50*150
Коньковый прогон 150*50
Диффузно гидр-изоляц. пленка
Болтовое соединение 150*10
Страпильная нога 150*50
Обрешетка 100*50 шаг 350
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учереждение
Донской государственный технический университет
Кафедра"Строительство уникальных зданий и сооружений
Курсовой проект на тему:
Двухэтажный жилой дом
Схема расположения элементов
перекрытия РКм1 на отм. 6.000
Расчетная схема плиты
Примечание.Стержни распределительной арматуры условно не показаны
Расчетная схема второстепенной балки
Примечание:1.При производстве арматурных работ в третьем про-
лете необходимо стержни разместить так как это изображено в сеч.
но позиции 8 и 9 поменять местами
При установке стержней в четвертом пролете необходимо
руководствоваться сеч.3-3 но позиции 2 и 3 поменять местами
Толщиназащитного слоя бетона для продольной арматуры 20мм.
О20АIII+1O16AIII+1O18AIII
Спецификация перекпытия РКм1 (отм.6.000) и колонны Км1
Колонна монолитная Км1
монолитного фундамента
Ведомость расхода стали
Изделие не разрабатывались
Cхема расположения дренажных труб
Капитальный ремонт стадиона "Радуга"
расположенного по адресу: ул. Октябрьская 26 в г. Таганроге Ростовской области
-х этажный 5-ти комнатный жилой дом План 1-го этажа
-х этажный 5-ти комнатный жилой дом План 2-го этажа
-х этажный 4-х комнатный жилой дом План 1-го этажа
-х этажный 4-х комнатный жилой дом План 2-го этажа
-х этажный 5-ти комнатный жилой дом
Индивидуальный проект жилого дома усадебного типа
-х этажный 4-х комнатный жилой дом
-х этажный 4-х комнатный жилой дом (Вариант 2) План 1-го этажа
-х этажный 4-х комнатный жилой дом (Вариант 2) План 2-го этажа
-х этажный 4-х комнатный жилой дом (Вариант 1) План 1-го этажа
-х этажный 4-х комнатный жилой дом (Вариант 1) План 2-го этажа
-х этажный 4-х комнатный жилой дом (Вариант 2)
-х этажный 4-х комнатный жилой дом (Вариант 1)

Отв на вопр мой вариант.docx

Понятие об обычном железобетоне. Факторы обеспечивающие совместную работу бетона и стальной арматуры.
Железобетон— это связанный искусственный материал чья несущая способность достигается за счет совместной работы стали и бетона. Стальные вложения называемые арматурой могут состоять из арматурной стали или арматурных сеток. Арматура воспринимает растягивающие усилия повышает прочность на сжатие бетона и ограничивает трещинообразование в конструкции. Бетон может воспринимать только усилия сжатия. Он образует форму строительной конструкции осуществляет защиту от коррозии арматуры и служит для пожарозащиты.
Предпосылками для долговечной совместной работы стали и бетона например являются:
Примерно одинаковое температурное расширение стали и бетона в области
Прочное соединение между бетоном и арматурой вследствие сцепления (адгезии) сцепления за счет трения (сопротивление трению) и сцепления среза (дюбелеподобное зубчатое сцепление стальной поверхности и бетона).
Защита арматуры от коррозии окружающим ее бетоном (бетонное покрытие).
Следует учитывать минимальные классы бетона по прочности на сжатие в зависимости от классов экспозиции.
Следует придерживаться граничных значений содержания цемента и водо-цементного отношения.
Наибольшее зерно заполнителя не должно превышать 1з наименьшего размера строительной конструкции.
Преобладающая часть заполнителя должна быть меньше чем расстояние между стержнями арматуры или расстояния между арматурой и опалубкой.
Поверхность арматуры должна быть свободна от несвязанной ржавчины масла жира и прочих загрязнений а также свободна ото льда.
Так как конструкции в сооружении подвержены различным нагрузкам (действующим силам) то соответственно возникают различные напряжения от сил реакций.
Большинство железобетонных конструкций например балки плиты и балочные плиты работают на изгиб. При этом на основе внешней нагрузки возникают изгибающие моменты и поперечные силы которые вызывают внутри балки напряжения растяжения при изгибе напряжения сжатия при изгибе и напряжения сдвига. Эти напряжения часто выступают совместно их распределение может быть представлено линиями главных направлений напряжений (траекторий). Арматура должна быть расположена соответственно силовому потоку по линиям главных напряжений что возможно только приблизительно.
Для назначения размеров в строительстве из железобетона исходят из допущений на которых основаны методы статических расчетов. При чистом изгибе образуется сжатая и растянутая зоны. В растянутой зоне сталь работает на растяжение. В сжатой зоне бетон работает на сжатие
Прочность связи в бетоне обеспечивает одинаковые деформации при внешней нагрузке. Так как способность стали к растяжению значительно больше чем у бетона то он при превышении его прочности на растяжение в зоне растянутой арматуры начинает растрескиваться. Для того чтобы это не влияло на защиту арматуры от коррозии и на внешний вид конструкции предписывается ограничение ширины раскрытия трещин. Это может быть достигнуто например путем назначение минимального армирования уменьшения допустимого напряжения в стали ограничения диаметра стержней арматуры и расстояния между стержнями.
Несущая способность и долговечность железобетонных конструкций может быть повышена за счет применения более высоких классов прочности бетона.
Идея предварительно напряженных железобетонных конструкций. Два основных способа изготовления преднапряженных конструкций
Предварительно-напряженный бетон получается при совместном действии бетона и высокопрочной стали которая предварительно напрягается. Применяемая для этого сталь называется преднапрягаемой сталью а предназначенный для преднапряжения арматурный элемент называется напрягающим элементом. Предварительное напряжение возникает когда напрягаемые элементы натягиваются и в напряженном состоянии связываются с бетоном. При этом внутри конструкции получается сжатие которое обеспечивает жатое состояние всего сечения конструкции. Конструкции предварительно напрягаются преимущественно в продольном направлении. В предварительно-напряженных бетонных конструкциях кроме напрягаемой арматуры требуется еще и арматура из обычной прутковой стали которая называется ненапрягаемои или вспомогательной арматурой.
Принцип предварительно-напряженного бетонаоснован на том чтобы в бетоне под нагрузкой создать сжатие там где под нагрузкой должно было бы возникнуть растяжение. При этом прочности строительных материалов могут быть использованы полностью. Это позволяет применять меньшие сечения элементов и иметь меньшие нагрузки от собственного веса чем при обычном железобетоне в котором на основе связи между арматурой и бетоном в растянутой зоне сечения при увеличивающемся прогибе могут возникнуть трещины
Под полезной нагрузкой все сечение будет работать на сжатие. Поэтому в растянутой зоне конструкции в бетоне не будет образовываться трещин. Путем установки напрягаемого элемента в сечении можно по-разному влиять на собственное напряженное состояние конструкции.
По виду установки напрягаемых элементовразличают внецентренное и центральное предварительное напряжение.При внецентренном преднапряжениив растянутой зоне конструкции работающей например на изгиб возникает такое большое предварительное напряжение которое будет равно тому растягивающему напряжению которое могло бы иметь место в будущем при действии полезной нагрузки. Таким образом под действием этой полезной нагрузки не будет возникать растяжение а произойдет снижение сжимающей нагрузки.При центральном преднапряжениинапрягаемые элементы располагаются по оси центра тяжести сечения. При этом по всему сечению возникает равномерное усилие сжатия. Под действием полезной нагрузки в растянутой зоне балки сжимающее усилие снижается полностью или частично а в сжатой зоне образуется дополнительное сжимающее усилие.
Краткий исторический обзор развития железобетонных и каменных конструкций.
Раньше других начали применяться конструкции из естественного камня. Первые сооружения из необработанного камня относятся к каменному веку. Позже в связи с совершенствованием средств производства для конструкций применялись тесаный камень кирпич-сырец и обожженный кирпич.
В рабовладельческий и феодальный периоды развития общества каменные конструкции достигли значительного совершенства.
Каменные конструкцииприменяли в промышленном и гражданском строительстве преимущественно в качестве стеновых ограждений и несущих столбов.
В XIX в. появились армокаменные конструкции. В 1813 г. в Англии была построена железокирпичная фабрично-заводская труба. Армированная кладка применялась в 1825 г. при постройке тоннеля под Темзой. В 1В53 г. в Вашингтоне соорудили большой железокирпичный резервуар для воды. Достаточно широкое применение нашли армокаменные конструкции в нашей стране в строительстве зданий с рамокирпич- ными каркасами (1933 г.) при возведении покрытий и перекрытий промышленных зданий и т.д.
Наряду с каменными и армокаменными применяются комплексные конструкции (каменные конструкции усиленные железобетоном).
Велика роль в развитии теории и практики каменных конструкций В.П. Некрасова Л.И. Онищика С.А. Семенцова С.В. Полякова и др.
Железобетонные конструкциипоявились около 150 лет назад. Принято считать что 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. С этого времени железобетон находит применение в строительных конструкциях. Значительную роль в создании новых для того времени видов рациональных железобетонных конструкций сыграл французский инженер Ф. Геннебик. В 1892 г. он предложил железобетонные ребристые перекрытия и ряд других строительных конструкций.
В России железобетон стали применять с 1886 г. для перекрытий по металлическим балкам.
Широкое распространение железобетон получил в России после проведенных проф. Н.А. Белелюбским (1891 г.) испытаний железобетонных плит труб сводов мостов и других конструкций. С 1899 г. железобетон применяется при строительстве железнодорожных сооружений шоссейных дорог в промышленном и гражданском строительстве. В 1896 г. в Нижнем Новгороде построен пешеходный мост пролетом свыше 40 м. В 1904 г. в Николаеве сооружен первый в мире железобетонный маяк. В это же время проф. А.Ф. Лолейт построил в Москве железобетонные междуэтажные безбалочные перекрытия и другие крупные железобетонные конструкции
Железобетон широко применяется не только в строительстве зданий но и самых различных сооружений. Еще в начале прошлого века из него строили бункеры силосы подпорные стены резервуары водонапорные башни. Широко используется железобетон также в дорожном строительстве в частности в мостостроении
Выдающимся сооружением является московская Останкинская телевизионная башня высотой более 500 м из которых 384 м выполнены из монолитного преднапряженного железобетона
Технико-экономические преимущества железобетонных конструкций и их недостатки.
Под технико-экономической оценкой понимают рассмотрение объемно-планировочного и конструктивного решения здания (или его элементов) с точки зрения как технической так и экономической целесообразности этого решения по сравнению с другим решением принятым за эталон. Основным критерием технико-экономической оценки обычно служит стоимость 1 м3 или 1 м3 конструкции или здания в целом. При определении этой стоимости необходимо учесть не только единовременные затраты но и расходы на эксплуатацию в течение определенного периода.
Технико-экономическую оценку зданий обычно проводят с использованием также и других показателей: трудоемкости на единицу измерения конструкции в особенности расхода материалов подлежащих наиболее экономному расходованию (сталь цемент); массы конструкции; степени сборности обычно выражаемой отношением стоимости сборных конструкций заводского изготовления к стоимости всех конструкций; степени заводской готовности конструкций; числа типоразмеров сборных элементов. Снижение материалоемкости конструкции — один из важнейших путей снижеьия стоимости строительства — достигается за счет применения современных высокопрочных и облегченных материалов — высокопрочных сталей и бетонов легких бетонов на пористых заполнителях ячеистых бетонов конструкций с применением высокоэффективных теплоизоляционных материалов и др.
Экономические требования в значительной степени влияют на выбор материала конструкции типа конструкции (например выбор фермы или балки) и на ее основные размеры (например выбор высоты балки).
В качестве обобщенного критерия экономичности для сравнения строительных конструкций используют приведенные затраты состоящие из текущих издержек (себестоимость строительно-монтажных работ или эксплуатационные расходы) и единовременных затрат (капитальные вложения или стоимость производственных фондов) приведенных к годовой размерности с помощью нормативого коэффициента эффективности. Оптимальную конструкцию данного вида — балки колонны и т. п. определяют в первом приближении по стоимости конструкции «в деле».
При технико-экономической оценке железобетонных конструкций используют систему технико-экономических показателей в число которых входят расход бетона (м3) расход арматуры (т) трудоемкость изготовления и монтажа (чел-дн) стоимость (руб ) отнесенные к одной конструкции а также к единице измерения. Основным критерием сравнения различных вариантов конструкций отличающихся геометрическими размерами конструктивной схемой способами армирования и другими показателями служит стоимость этих конструкций. При близких по стоимости показателях двух или нескольких вариантов необходимо сравнить и другие показатели конструкций с учетом местных условий и особенностей данного строительства.
Снижение стоимости промышленного и особенно жилищного строительства — одна из весьма сложных задач так как повышение уровня благоустройства жилья возрастание объемов жилищного строительства в отдаленных районах н на селе вызывают некоторое его удорожание. Опыт показывает что внедрение индустриальных методов строительства применение прогрессивных конструкций материалов и изделий рациональное использование мощности предприятий крупнопанельного домостроения внедрение бригадного подряда снижают стоимость и сокращают сроки строительства жилых домов.
Способы изготовления железобетонных конструкций и натяжения арматуры.
Способ изготовления железобетонных конструкций (сборные монолитные сборно-монолитные) выбирают на основании технико-экономического сравнения запроектированных вариантов здания по приведенным затратам энергоемкости трудоемкости надежности долговечности технологичности возведения. При этом особое внимание уделяется наличию производственной базы.
При возведении зданий и сооружений из сборных железобетонных конструкцийвначале на специальных заводах или полигонах изготовляют отдельные элементы из которых на строительной площадке возводят сооружения. Такой способ индуст- риален так как предполагает заводское изготовление и механизированный монтаж. При этом обеспечивается современная технология рациональные конструктивные формы возможность изготовления и монтажа в зимнее время. Трудоемкость снижается в 3 4 раза по сравнению с монолитными конструкциями. Сборные железобетонные конструкции наиболее целесообразны когда количество типов элементов ограничено и применение их предусматривается в зданиях различного назначения. Для этого необходима максимальная унификация и типизация конструктивных схем пролетов нагрузок.
Несмотря на прогрессивность сборного железобетона ему присущи и определенные недостатки: значительные затраты на создание и реконструкцию производственной базы транспортные расходы по доставке изделий к месту строительства а также необходимость дополнительных затрат на устройство стыков элементов и обеспечение пространственной жесткости здания.
При возведении монолитных железобетонных конструкцийна месте строительства устанавливают опалубку (форму) в нее укладывают арматуру и бетонную смесь. После достижения бетоном необходимой прочности опалубку снимают получая монолитную конструкцию. Такие конструкции как правило мало- индустриальны трудоемки требуют большого расхода материала на опалубку и подмости а в зимнее время — электроэнергии на подогрев бетона. Кроме того необходима выдержка бетона до приобретения им проектной прочности. Из монолитного железобетона возводятся сооружения трудно поддающиеся членению на однотипные элементы и требующие повышенной жесткости (фундаменты под прокатное оборудование гидротехнические сооружения и т. п.)
Способы натяжения арматуры
Электротермическим способомизготовляют около 80% всех предварительно напряженных конструкций. Стержни арматуры нагревают до температуры 300 350°С с помощью электротока и в нагретом состоянии устанавливают в упоры формы. При остывании стержни стремясь сократиться натягиваются что используется для обжатия бетона. Этот способ отличается простотой малой трудоемкостью и сравнительно низкой стоимостью. Однако точность натяжения этим способом ниже чем при других способах.
При физико-химическом способеиспользуется свойство бетонов изготовленных с применением расширяющихся цементов. При расширении бетона в процессе твердения арматура также удлиняется отчего в ней создается предварительное напряжение. Принцип самонапряжения конструкций является весьма перспективным так как дает возможность обойтись без сложных приспособлений для натяжения арматуры.
Электротермомеханический способявляется комбинированным он применяется при непрерывном армировании. Высокопрочную проволоку нагретую электротоком до 300 350°С навивают на упоры формы или стенда намоточной машиной. При этом необходимая мощность механических приспособлений для намотки значительно снижается. После остывания проволока дополнительно получает предварительное напряжение.
Бетон как материал для железобетонных конструкций - прочность бетона при сжатии растяжении срезе и смятии.
Бетон должен обладать достаточно высокой прочностью хорошим сцеплением с арматурой и плотностью которой обеспечивается сохранность арматуры от коррозии и долговечность конструкции. Иногда дополнительно требуется обеспечить: водонепроницаемость водостойкость морозостойкость повышенную огнестойкость и коррозийную стойкость малую массу низкую тепло- и звукопроводность. Механическая прочность бетона при различных силовых воздействиях имеет приблизительно следующие значения:
при сжатии кубиков R
при сжатии призм (07—08)R
при осевом растяжении (005—01)R
на растяжении при изгибе (01 —018)R
при чистом срезе (015—03)R
при скалывании (01—02)R
Классификация бетона
Таким образом с учетом этих показателей мы можем свести бетон к таким группам:
особо тяжелый бетон;
бетон мелкозернистый.
При приготовлении легких бетонов используются пористые заполнители в том числе керамзит перлит шлаковая пемза и естественные материалы – туф пемза. Легкие бетоны применяются при сооружении ограждений и при изготовлении несущих конструкций требующих снижения собственной массы. Для этих бетонов прочность и плотность имеют значение. Их плотность находится в пределах в пределах 500-1700 кгм3.
К особым видам бетона относится целый ряд бетонов. Один из них - силикатный бетон основным признаком которого является автоклавное твердение. В этом бетоне как вяжущее вещество применяется смесь извести и тонкомолотого кремнеземистого материала. При обработке деталей в автоклаве известь и кремнеземистые материалы вызывают химическую реакцию следствием которой является образование гидросиликата кальция который зерна заполнителя превращает в прочный монолит.
Также к особым видам бетона относятся полимерно-цементный бетон. В таком бетоне цемент смешивают с различными высокомолекулярными органическими соединениями которые подготавливают как водную дисперсию полимеров. Полимеры и материалы изготовленные на их основе так же могут быть использованы как добавки в бетонную смесь или как вяжущее вещество а также с целью пропитать готовые изделия из бетона и железобетона. Этим дисперсным армированием полимерные волокна укрепляют бетон волокна превращаются в легкий заполнитель или в микронаполнитель. Любые добавки вводятся в бетон только в процессе его приготовления.
Но на стройке чаще всего пользуются обычным тяжелым бетоном плотность которого колеблется в пределах 1600 - 2400 кгкуб. м. и у которого в качестве заполнителя проходят горные породы (гранит известняк диабаз щебень). Область использования тяжелого бетона очень широкая – от высокопрочного бетона применяемого при изготовлении железобетонных конструкций до бетона для гидротехнических сооружений а также бетона которым покрывают автодороги и взлетные полосы аэродромов.
При изготовлении железобетонных конструкций для ускорения отвердения бетона применяется тепловая обработка конструкций. Прочность бетона при тепловой обработке увеличивается но это происходит не только за счет активности но и за счет минералогического состава цемента. Также играет роль состав бетона консистенция бетонной смеси режим тепловой обработки и другие факторы.
Высокую прочность бетона получают готовя его в бетоносмесителях принудительного действия. Также при укладке смесей и формовании изделий применяется интенсивное уплотнение вибраторами с пригрузом двойное вибрирование. Большую перспективу имеет метод получения высокопрочного бетона связанный с применением вяжущего обладающего низким водопотреблением (ВНВ) что получается при совместном помоле высокомарочного цемента и пластификатора С-3.
Бетоны особо тяжелые
Когда идет строительство специальных сооружений связанных с защитой от радиации возникает необходимость поставки особо тяжелого бетона. У этих бетонов плотность должна быть на уровне тяжелых бетонов. Технологией подготовки особо тяжелого бетона предусматривается применение портландцемента. Как заполнитель используются материалы у которых плотность тоже высокая и в них имеются признаки металла либо металлический скрап.
Бетон мелкозернистый
В мелкозернистом бетоне не содержится щебень его применяют в случае изготовления тонкостенных железобетонных изделий. Его армируют стальными сетками получая высокопрочный материал армоцемент. Мелкозернистый бетон удобно использовать при изготовлении железобетонных изделий в регионах в которых щебень и песчаная смесь дефицит.
Структура бетона и его влияние на прочность и деформативность.
Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция соединения минералов цемента с водой в результате которой образуется гель — студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде еще не вступившими в химическую реакцию частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов. В процессе перемешивания бетонной смеси гель обволакивает отдельные зерна заполнителей постепенно твердеет а кристаллы постепенно соединяются в кристаллические сростки растущие с течением времени. Твердеющий гель превращается в цементный камень скрепляющий зерна крупных и мелких заполнителей в монолитный твердый материал — бетон.
Существенно важным фактором влияющим на структуру и прочность бетона является количество воды применяемое для приготовления бетонной смеси оцениваемое водоцементным отношением WC (отношением взвешенного количества воды к количеству цемента в единице объема бетонной смеси). Однако по технологическим соображениям — для достижения достаточной подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси — количество воды берут с некоторым избытком. Так подвижные бетонные смеси заполняющие форму под влиянием текучести имеют WC=05 06 а жесткие бетонные смеси заполняющие форму под влиянием механической виброобработки имеют WC—0Д..0.4.
Избыточная химически несвязанная вода частью вступает впоследствии в химическое соединение с менее активными частицами цемента а частью заполняет многочисленные поры и капилляры в цементном камне и полостях между зернами крупного заполнителя и стальной арматурой и постепенно испаряясь освобождает их. По данным исследований поры занимают около трети объема цементного камня; с уменьшением WC пористость цементного камня уменьшается и прочность бетона увеличивается. Поэтому в заводском производстве железобетонных изделий применяют преимущественно жесткие бетонные смеси с возможно меньшим значением WC. Бетоны из жестких смесей обладают большей прочностью требуют меньшего расхода цемента и меньших сроков выдержки изделий в формах.
Таким образом структура бетона оказывается весьма неоднородной: она образуется в виде пространственной решетки из цементного камня заполненной зернами песка и щебня различной крупности и формы пронизанной большим числом микропор и капилляров содержащих химически несвязанную воду водяные пары и воздух. Физически бетон представляет собой капиллярно-пористый материал в котором нарушена сплошность массы и присутствуют все три фазы — твердая жидкая и газообразная. Цементный камень также обладает неоднородной структурой и состоит из упругого кристаллического сростка и наполняющей его вязкой массы — геля.
Длительные процессы происходящие в таком материале— изменение водного баланса уменьшение объема твердеющего вязкого геля рост упругих кристаллических сростков — наделяют бетон своеобразными упруго-пластическими свойствами. Эти свойства проявляются в характере деформирования бетона под нагрузкой во взаимодействии с температурно-влажностным режимом окружающей среды.
Исследования показали что теории прочности предложенные для других материалов к бетону неприменимы. Зависимость между составом структурой бетона его прочностью и деформативностью представляет собой задачу над которой работают исследователи. Суждения о прочности и деформативности бетона основаны на большом числе экспериментов выполненных в лабораторных и натурных условиях.
Кубиковая и призменная прочность бетона. Применение их значений при проектировании ЖБК.
Из всех прочностных характеристик бетона наиболее просто определяется его прочность при сжатии а высокое сопротивление бетона сжатию является его ценным свойством используемым в железобетонных конструкциях. Поэтому за основную характеристику прочностных и деформативных свойств бетона принята его прочность на осевое сжатие.
Для оценки кубиковой прочности применяют раздавливание на прессе изготовленных в тех же условиях что и реальные конструкции кубов бетона. За стандартные образцы принимают кубы размерами150х150х150 мм испытание которых происходит при температуре 20 ± 2 ºC через 28 дней твердения в нормальных условиях.
Опытами установлено что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если кубиковая прочность бетона для базового куба с ребром150 ммравноR(рис. 2.4)то для куба с ребром200 ммоно уменьшается до093R а для куба с ребром100 мм– увеличивается до11R.
Различное временное сопротивление сжатию образцов разной формы объясняется влиянием сил трения возникающих между гранями образца и опорными плитами пресса а также неоднородностью структуры бетона.
Вблизи опорных плит силы трения направленные внутрь образца создают обойму следовательно увеличивается прочность образцов при сжатии. Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцов снижается таким образом бетонный куб при разрушении получает форму двух усеченных пирамид обращенных друг к другу вершинами (рис. 2.5 а). При уменьшении сил трения посредством смазки характер разрушения меняется (рис. 2.5 б): вместо выкалывания с боков образца пирамид происходит раскалывание его по трещинам параллельным направлению действия усилия. При этом временное сопротивление бетона сжатию уменьшается.
Поскольку железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов в расчетах их прочности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность бетона.
Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов являетсяпризменная прочность Rb.
Опыты на бетонных призмах со стороной основанияаи высотойhпоказали что призменная прочностьRbменьше кубиковойRи она уменьшается с увеличением отношения.
Припризменная прочность становится почти стабильной и равной примерно Rb 075R. Как и для кубиков это явление объясняется различной степенью влияния сил трения по торцам образцов – чем больше размер образца и больше расстояние между его торцами тем меньше влияние сил трения. Влияние гибкости бетонного образца становится ощутимым при.
Кривая приведенная на рис. 2.6 иллюстрирует зависимостьотпоусредненным опытным данным.
Таким образомпризменная прочность Rb– это временное сопротивление осевому сжатию призмы Rbuс отношением сторон.
Основные виды образцов для испытания бетона при сжатии растяжении. Влияние размеров образцов на прочность бетона при сжатии.
Виды объемных и силовых деформаций бетона. Влияние времени и условий твердения на прочность бетона.
Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки изменения температуры и влажности и силовые развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации начальный коэффициент поперечной деформации бетона v=02 (коэффициент Пуассона). Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой при длительном действии нагрузки в при многократно повторном действии нагрузки.
Объемные деформации. Деформации вызванные усадкой бетона изменяются в довольно широком диапазоне. Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше чем при усадке.
Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформадьей упругого последействия. Если испытываемый образец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержжи под нагрузкой) то на диаграмме получим ступенчатую линию. Деформации измеренные после приложения нагрузки упругие и связаны с напряжениями линейным законом а деформации развивающиеся за время выдержки под нагрузкой неупругие; они увеличиваются с ростом напряжений и на диаграмме имеют вид горизонтальных площадок
При растяжении бетонного образца также возникает деформация состоящая из упругой и пластической частей.Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3—4 мес и может продолжаться несколько лет.
Классы и марки бетона. Определение. Границы значений
Класс– это ряд эталонных чисел на числовой оси привязанных к прочности на сжатие и растяжение задаваемых при проектировании с обеспеченностью 095 прочностных свойств.
Маркаоценивает основные физические свойства бетона (обеспеченность 50%).
Существует класс бетона по прочности на сжатиеBпо прочности на растяжениеBt.
Значение класса бетона по прочности на сжатие– это значение полученное при испытании кубов с размерами ребра 150 мм испытанных в соответствии со стандартами в течение 28 суток при температуре 20 ± 2 ºC с учетом 95% обеспеченности прочностных свойств.
Для оценки изменчивости прочности и обеспечения гарантии для заданного значения используют кривую распределения теории вероятности.
Среднее значение временного сопротивления бетона сжатию установленное при испытании партии стандартных образцов определяют по зависимости (2.4):
гдечисло случаев в которых было установлено временное сопротивление соответственно;
общее число испытаний в партии
Среднее квадратичное отклонение прочности бетона– это величина характеризующая разброс прочности экспериментальных значений.
Среднее квадратичное отклонение прочности бетона определяют по зависимости
Коэффициент вариации прочности бетона–это отношение среднего квадратичного отклонения прочности бетона к среднему значению временного сопротивления бетона сжатию.
Коэффициент вариации прочности бетона определяютпо зависимости (2.6):
Чем совершеннее производство и технология приготовления бетонной смеси тем меньше коэффициент вариации прочности и экономичнее производство.
Опытные исследования для тяжёлых мелкозернистых и легких бетонов показали что коэффициент вариации прочности бетона при сжатии. При показателе надежности который характерен для обеспеченности 95% прочностных свойств (правило «двух сигм») класс бетона по прочности на сжатии определяют по формуле (2.7):
Таким образом гарантированная прочность заданного нормами класса бетона на сжатие равна:
Коэффициент вариации прочности бетона при растяжении тогда гарантированная прочность заданного нормами класса бетона на растяжение равна:
Марка бетонапо морозостойкостиF– число выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенных образцов испытанных в соответствие со стандартом при котором прочность падает не более чем на 15% по сравнению с прочностью образца не подвергающегося замораживанию.
Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по морозостойкости от F 15 до F 500. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона по морозостойкости от F 15 до F 1000.
Для каждого конкретного случая марку бетона по морозостойкости принимают в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха условий работы и класса зданий.
Марка бетона по водонепроницаемости W– это наибольшее давление воды (МПа) при котором не наблюдается её просачивания через стандартный образец изготовленный по ГОСТу.
Эту марку принимают для конструкций к которым предъявляют особые ограничения водопроницаемости (резервуары напорные трубы силосы).
Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по водонепроницаемости от W2 доW12. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона водонепроницаемости от W2 доW20 где цифрами обозначают давление воды при котором коэффициент фильтрации (мс) не превышает нормативного значения.
Конкретную марку бетона по водонепроницаемости принимают в зависимости от класса зданий условий эксплуатации конструкций или максимального градиента напора представляющего отношение напора к толщине элемента.
Марка бетона по средней плотностиD–это гарантированная собственная масса бетона (кгм3) контролируемая на базовых образцах в установленные сроки согласно ГОСТу.
Марку по средней плотности принимают для конструкций к которым предъявляют требования теплоизоляции.
Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по средней плотности от D 700 до D 2500. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона по средней плотности от D 200 до D 5000 где цифры обозначают плотность бетона.
Для напрягающих бетонов устанавливают марку по самонапряжению.
Марка бетона по самонапряжению Sp– это гарантированное значение предварительного напряжения в бетоне (МПа) создаваемое в результате его расширения при наличии продольной арматуры в количестве 1% и контролируемое на базовых образцах в установленные сроки согласно ГОСТу.
Марку бетона по самонапряжению принимают в зависимости от предъявляемых к самонапрягающимся конструкциям требований по трещиностойкости и жесткости.
Механические свойства арматурных сталей.
Характеристики прочности и деформаций арматурных сталей устанавливают по диаграмме напряжения - деформации. Горячекатанная арматурная сталь имеющая на диаграмме площадку текучести обладает значительным удлинением после разрыва - до 25% (мягкая сталь). Напряжение при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки называется физическим пределом текучести арматурной стали напряжение предшествующее разрыву носит название временного сопротивления арматурной стали. Повышение прочности горячекатаной стали и уменьшение удлинения при разрыве достигается введением в ее состав углерода и различных легирующих добавок. Существенного повышения прочности горячекатаной арматурной стали достигают термическим упрочнением Стержневая горячекатанная арматура в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяется на 6 классов с условным обозначением A-I A-II A-III A-IV A-V A-VI. Термическому упрочнению подвергают арматуру 4-х классов - Aт-III и выше. Дополнительной буквой С указывается на возможность стыкования сваркой; буква К указывает на повышенную коррозионную стойкость. Подвергнутая вытяжке в холодном состоянии стержневая арматура класса А-III отмечается дополнительным индексом В.
Стержневая арматура всех классов имеет периодический профиль за исключением гладкой арматуры класса А-I.
Физический предел текучести 230 - 400 МПа имеет арматура классов A-I A-II A-III условный предел текучести 600 - 1000 МПа - высоколегированная арматура классов A-IV A-V A-VI и термически упрочненная арматура.
Относительное удлинение после разрыва зависит от класса арматуры. Значительным удлинением обладает арматура классов А-II A-III (14 -19%) сравнительно небольшим удлинением - арматура классов A-IV A-V A-VI и термически упрочненная арматура всех классов (6 - 8%).
Арматурную проволоку диаметром 3 - 8мм подразделяют на два класса: Вр-I - обыкновенная арматурная проволока (холоднотянутая низкоуглеродистая) предназначенная главным образом для изготовления сеток; B-II Bp-II - высокопрочная арматурная проволока (многократно волоченная углеродистая) применяемая в качестве напрягаемой арматуры преднапряженных элементов. Периодический профиль обозначается дополнительным индексомр-Bp-I Bp-II.
Основная механическая характеристика проволоки - временное сопротивлениеu которое возрастает с уменьшением диаметра проволоки. Для обыкновенной арматурной проволоки -u= 550 МПа для высокопрочной проволоки -u= (1300 – 1900) МПа.
Арматурные изделия (сетки каркасы канаты пучки
Для армирования железобетонных конструкций принимают арматурные изделия в виде сварных сеток и каркасов изготовляемых в арматурных цехах заводов железобетонных изделий оснащенных оборудованием для правки резки гнутья вытяжки и сварки арматуры.
Сварные рулонные и плоские сетки для армирования плит изготовляют из обыкновенной арматурной (холоднотянутой) проволоки диаметром 3—5 мм и из горячекатаной стали класса A-III диаметром 6—10 мм (рис. 2.13). В массивных конструкциях применяют также плоские сварные сетки изготовляемые из стержней диаметром более 10 мм. В рулонных сетках диаметр продольных стержней не должен превышать 5 мм. В местах пересечений все стержни сеток соединяются контактной точечной электросваркой.
Для армирования линейных элементов (балок колонн) применяют пространственные каркасы образуемые плоскими сетками типа «лесенка» (рис. 2.14 а б в) из продольных и поперечных стержней
Продольные стержни располагают в таких сетках либо с одной стороны (рис. 2.14 г ж и) либо с двух сторон (рис. 2.14 д з) в один (рис. 2.14 г д) или в два ряда (рис. 2.14 ж з и) по высоте. При одностороннем расположении продольные стержни можно устанавливать вплотную друг к другу скрепив их сваркой (рис. 2.14 в и). Для уменьшения ширины балок две плоские сетки можно объединять дуговой сваркой в одну (рис. 2.14 е). Плоские сетки объединяют для удобства транспортирования и монтажа в пространственные каркасы (2.14 к).
Стальные арматурные канаты получают из высокопрочной холоднотянутой проволоки с гладкой поверхностью путем ее свивки или объединения в пучки или пакеты параллельно уложенных проволок.
Обычно под арматурными канатами подразумевают витые канаты однократной или многократной свивки о чем уже упоминалось.
Наибольшее распространение в отечественной и мировой практике получили семиироволочные арматурные канаты однократной свивки которые изготавливают путем свивки по спирали проволоки диаметром 15—5 мм вокруг центральной прямолинейной проволоки а затем подвергают низкотемпературному отпуску или стабилизации.
Сварные соединения арматуры. Стыки без сварки
Сварные стыки арматуры. Основным видом соединения арматурных стержней является сварное соединение встык которое в заводских условиях и на монтаже выполняется различными способами.
В заводских условиях для соединения арматурных стержней классов от A-I до A-VI Ат-III AT-IVC (например для соединения заготовок арматурных стержней приварки коротышей большого диаметра и т. п.) применяют контактную сварку.
На монтаже для соединения арматурных стержней классов A-I A-II A-III Ат-III (например для соединения выпусков арматуры сборных железобетонных элементов и т. п.) применяют дуговую ванную сварку в инвентарных формах. Если диаметр соединяемых стержней d20 мм то применяют дуговую сварку стержней с накладками с четырьмя фланговыми швами или с односторонним расположением швов и удлиненными накладками. При этом должны соблюдаться требования о размерах высоты сварного шва и ширины сварного шва.
Соединение стержней с пластиной (из листовой или полосовой стали) производится автоматической дуговой сваркой под слоем флюса. Соединение внахлестку арматурных стержней d=8 40 мм с пластиной или с плоскими элементами проката может выполняться дуговой сваркой фланговыми швами.
Стыки арматуры внахлестку (без сварки). Арматурные стержни классов A-I А-II и А-III допускается соединять внахлестку с перепуском концов на 20—50 диаметров без сварки в тех местах железобетонных элементов где прочность арматуры используется не полностью. Однако такой вид соединения арматуры вследствие излишнего расхода стали и несовершенства конструкции стыка применять не рекомендуется.
Стыки сварных сетокв рабочем направлении могут выполняться внахлестку. Рабочие стержни соединяемых сеток могут располагаться в разных плоскостях или в одной плоскости. В каждой из соединяемых в растянутой зоне сеток на длине нахлестки должно быть расположено не менее двух поперечных стержней приваренных ко всем продольным стержням сетки. Если рабочая арматура сеток из стержней периодического профиля то одна из соединяемых сеток или обе сетки в пределах стыка могут быть без приваренных поперечных стержней. Необходимая длина перепуска (нахлестки) сеток для создания необходимой заделки устанавливается по формуле.
Стыки плоских сварных каркасоввнахлестку допускаются при одностороннем расположении продольных стержней и выполняются как стыки сварных сеток в рабочем направлении; при этом на длине стыка устанавливают дополнительные хомуты или поперечные стержни с шагом не более 5 диаметров продольной арматуры.
Стыки сварных сеток и каркасов в конструкцияхследует располагать вразбежку. Стыки сварных сеток в нерабочем направлении (когда соединяется распределительная арматура) также выполняют внахлестку. Длину перепуска принимают равной 50 мм при диаметре распределительной арматуры до 4 мм и равной 100 мм при диаметре распределительной арматуры более 4 мм. Эти же стыки при диаметре рабочей арматуры 16 мм и более осуществляются укладкой дополнительных стыковых сеток с перепуском распределительной арматуры в каждую сторону на 15 диаметров но не менее 100 мм.
Сцепление арматуры с бетоном. Напряженное состояние элемента при передаче усилий с арматуры на бетон.
Под сцеплением понимают непрерывную связь между бетоном и арматурой по поверхности контакта этих материалов. В нагруженных железобетонных конструкциях благодаря сцеплению скольжения арматуры в бетоне не происходит.
Сцепление арматуры с бетоном является одним из наиболее важных фундаментальных свойств железобетона которое обеспечивает его существование как строительного материала.
Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней заделанных в бетоне (рис. 4.1).
Рисунок 4.1 – Схемы испытаний на нарушение сцепления арматуры с бетоном: а — на выдёргивание; б — на вдавливание
При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления которые как показали исследования распределяются по длине стержня неравномерно. Наибольшие их значения maxдействуют на некотором расстоянии от торца и не зависят от длины заделки стержня в бетоне (рис. 4.1).
Рисунок 4.2 – Сцепление арматуры с бетоном: а — арматурный стержень в бетоне; б — эпюра касательных напряжений сцепления; в - эпюра нормальных напряжений; г — при арматуре периодического профиля
Надёжное сцепление по опытным данным зависит от трёх следующих факторов:
сопротивления бетона усилиям смятия и среза обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры т. е. механическим зацеплением арматуры за бетон (рис.4.2г); даже сравнительно гладкая арматура имеет неровности заполняемые бетоном;
от сил трения арматуры о бетон которые вследствие усадки бетона развиваются на поверхности арматуры при попытке выдернуть стержень;
от склеивания поверхности арматуры с бетоном возникающего благодаря клеящей способности геля.
Выявление точного влияния каждого из перечисленных факторов в процентном отношении затруднительно да и не имеет большого практического значения так как они проявляются одновременно. Однако наибольшее влияние на прочность сцепления стержней периодического профиля оказывает первый фактор — он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления.
Сцепление арматуры с бетоном улучшается с повышением класса бетона по прочности на сжатие с увеличением содержания цемента в единице объёма бетона с уменьшениемWC.Оно зависит также от способа укладки и условий твердения бетона (например вибрирование и влажный режим твердения улучшают сцепление). С увеличением возраста бетона растет что объясняется повышением прочности цементного камня и его усадкой.
Сцепление несколько повышает растяжимость бетона обеспечивает равномерное распределение трещин по длине элемента в случае их появления и ограничивает ширину раскрытия каждой трещины в отдельности что повышает жесткость железобетонного элемента.
Анкеровка ненапрягаемой и преднапряженной арматуры в бетоне.
В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне — анкеровка — осуществляется запуском арматуры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном).
Арматура из гладких стержней класса A240 должна иметь по концам анкера в виде полукруглых крюков диаметром 25d(рис. 4.5а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления поэтому их применяют без крюков на концах. Также не имеют крюков на концах арматурные стержни периодического профиля обладающие значительно лучшим сцеплением с бетоном.
Анкеровку арматуры осуществляют одним из следующих способов или их сочетанием:
- в виде прямого окончания стержня (прямая анкеровка);
- с загибом на конце стержня в виде крюка отгиба (лапки) или петли;
- с приваркой или установкой поперечных стержней;
- с применением специальных анкерных устройств на конце стержня.
Прямую анкеровку и анкеровку с лапками допускается применять только для арматуры периодического профиля. Для растянутых гладких стержней следует предусматривать крюки петли приваренные поперечные стержни или специальные анкерные устройства.
Лапки крюки и петли не рекомендуется применять для анкеровки сжатой арматуры за исключением гладкой арматуры которая может подвергаться растяжению при некоторых возможных сочетаниях нагрузки.
При расчете длины анкеровки арматуры следует учитывать способ анкеровки класс арматуры и ее профиль диаметр арматуры прочность бетона и его напряженное состояние в зоне анкеровки конструктивное решение элемента в зоне анкеровки (наличие поперечной арматуры положение стержней в сечении элемента и др.).
Базовую (основную) длину анкеровки необходимую для передачи усилия в арматуре с полным расчетным значением сопротивления Rsна бетон определяют по формуле:
где Asи us- соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения определяемые по номинальному диаметру стержня;
Rbond- расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и определяемое по формуле:
здесь Rbt- расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;
- коэффициент учитывающий влияние вида поверхности арматуры принимаемый равным:
- для гладкой арматуры;
- для арматуры периодического профиля;
- коэффициент учитывающий влияние размера диаметра арматуры принимаемый равным:
- при диаметре арматуры ds 32 мм;
- при диаметре арматуры 36 и 40 мм.
Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяют по формуле:
- коэффициент учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки .
= 075. = 10 а для сжатых - При анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами (прямая анкеровка) или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств для растянутых стержней принимают
Допускается уменьшать длину анкеровки в зависимости от количества и диаметра поперечной арматуры вида анкерующих устройств и величины поперечного обжатия бетона в зоне анкеровки (например от опорной реакции) но не более чем на 30%.
В любом случае фактическую длину анкеровки принимают не менее03loаn а также не менее 15dsи 200 мм.
Усилие воспринимаемое анкеруемым стержнем арматуры Nsопределяют по формуле:
где Rbond us As α – см. выше;
ls- расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого поперечного сечения элемента.
На крайних свободных опорах элементов длина запуска растянутых стержней за внутреннюю грань свободной опоры при выполнении условияQQb1должна составлять не менее 5ds.
При устройстве на концах стержней специальных анкеров в виде пластин шайб гаек уголков высаженных головок и т.п. площадь контакта анкера с бетоном должна удовлетворять условию прочности бетона на смятие. Кроме того при проектировании привариваемых анкерных деталей следует учитывать характеристики металла по свариваемости а также способы и условия сварки.
Разновидности бетона и их свойства.
По основному назначению
Бетоны конструкций зданий и сооружений к которым предъявляются требования характеризующие механические свойства
Бетоны к которым предъявляются функциональные требования в соответствии с условиями эксплуатации конструкций
Бетоны конструкций зданий и сооружений к которым помимо требований характеризующих механические свойства предъявляются функциональные требования учитывающие условия их эксплуатации (теплоизоляционные жаростойкие химически стойкие коррозионно-стойкие декоративные радиационно-защитные напрягающие с компенсированной усадкой гидротехнические)
По средней плотности (объемной массе)
Легкие Тяжелые (обычные и мелкозернистые)
Бетоны средней плотностью менее 500 кгм3
Бетоны на вяжущих и пористых заполнителях средней плотностью до 2000 кгм3 Бетоны на плотных крупных и мелких заполнителях средней плотностью от 2000 до 2600 кгм3
Бетоны средней плотностью более 2600 кгмэ
На цементных в том числе композиционных вяжущих
На силикатных (известковых) вяжущих
На специальных вяжущих
Бетоны на цементах; в т.ч. на основе портландцементного клинкера в соединении с различными минеральными добавками (портландцементы шлакопортландцемент сульфатостойкие белые и цветные портландцементы ТМЦ BHB и т.д.) цементы на основе или с содержанием глиноземистого клинкера (глиноземистый напрягающий безусадочный и т.д.)
Бетоны на основе известковых вяжущих автоклавного твердения включающих в себя известь в сочетании с кремнеземистыми добавками (кварцевый песок шлаки золы и т.д.)
Бетоны на шлакощелочных вяжущих шлаках или золах активизированных известью или цементом или гипсом
Бетоны на основе полуводного (строительного) гипса ангидрида гипсоцементно- пуццоланового вяжущего
Бетоны на основе неорганических и органических вяжущих (серные полимерные фосфатные магнезиальные жидкостекольные и т.д.)
По виду заполнителей
На плотных заполнителях
Бетоны на заполнителях из плотных горных пород или плотных шлаков
Стадии напряженного состояния обычных и преднапряженных железобетонных элементов.
Опыты с различными железобетонными элементами – изгибаемыми внецентренно растянутыми внецентренно сжатыми с двузначной эпюрой напряжений – показали чтопри постепенном увеличении внешней нагрузки можно наблюдать три характерные стадии напряженно-деформированного состояния (рис.1.2.1):
стадия I– до появления трещин в бетоне растянутой зоны когда напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно;
стадия II– после появления трещин в бетоне растянутой зоны когда растягивающие усилия в местах где образовались трещины воспринимаются арматурой и участком бетона над трещиной а на участках между трещинами – арматурой и бетоном совместно;
стадия III– стадия разрушения характеризующаяся относительно коротким периодом работы элемента когда напряжения в растянутой стержневой арматуре достигают физического или условного предела текучести в высокопрочной арматурной проволоке – временного сопротивления а напряжения в бетоне сжатой зоны – временного сопротивления сжатию. В зависимости от степени армирования элемента последовательность разрушения зон – растянутой и сжатой – может изменяться.
Рассмотрим три стадии напряженно-деформированного состояния в зоне чистого изгиба железобетонного элемента при постепенном увеличении нагрузки (рис.1.2.1).
Стадия I. При малых нагрузках на элемент напряжения в бетоне и арматуре невелики деформации носят преимущественно упругий характер; зависимость между напряжениями и деформациями – линейная эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон сечения – треугольные. С увеличением нагрузки на элемент в бетоне растянутой зоны развиваются неупругие деформации эпюра напряжений становится криволинейной напряжения приближаются к пределу прочности при растяжении. Этим характеризуется конец стадии I. При дальнейшем увеличении нагрузки в бетоне растянутой зоны образуются трещины наступает новое качественное состояни
Стадия II. В том месте растянутой зоны где образовались трещины растягивающее усилие воспринимается арматурой и участком бетона растянутой зоны над трещиной. В интервалах между трещинами в растянутой зоне сцепление арматуры с бетоном сохраняется и по мере удаления от краев трещин растягивающие напряжения в бетоне увеличиваются а в арматуре уменьшаются. С дальнейшим увеличением нагрузки на элемент в бетоне сжатой зоны развиваются неупругие деформации эпюра нормальных напряжений искривляется а ордината максимального напряжения перемещается с края сечения в его глубину. Конец стадии II характеризуется началом заметных неупругих деформаций в арматуре.
Стадия III (стадия разрушения).С дальнейшим увеличением нагрузки напряжения в стержневой арматуре достигают физического (условного) предела текучести; Напряжения в бетоне сжатой зоны под влиянием нарастающего прогиба элемента и сокращения высоты сжатой зоны также достигают значений временного сопротивления сжатию. Разрушение железобетонного элемента начинается с арматуры растянутой зоны и заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Такое разрушение носит пластический характер его называют случаем 1. Если элемент в растянутой зоне армирован высокопрочной проволокой с малым относительным удлинением при разрыве (около 4 %) то одновременно с разрывом проволоки происходит раздробление бетона сжатой зоны. Разрушение носит хрупкий характер его также относят к случаю 1.
В элементах с избыточным содержанием растянутой арматуры (переармированных) разрушение происходит по бетону сжатой зоны. Стадия II переходит в стадию III внезапно. Разрушение переармированных сечений всегда носит хрупкий характер при неполном использовании растянутой арматуры; его называют случаем 2.
Метод расчета прочности железобетонных элементов по допускаемым напряжениям.
Согласно этому методу расчета по допускаемым сечениям бетон рассматривался как упругий материал. В основу расчетных зависимостей были положены закон Гука гипотеза плоских сечений. Вместо действительного железобетонного сечения в расчет вводилось приведенное бетонное сечение в котором арматура заменялась эквивалентным по прочности количеством бетона. Сопротивлением бетона растянутой зоны пренебрегали. В результате расчета определялись напряжения в бетоне и арматуре от эксплуатационных нагрузок которые не должны были превосходить допускаемые. Последние назначались как доля от предела прочности sadm=Rg где g - обобщенный коэффициент запаса. Однако на основании многочисленных опытов было установлено что этот метод не учитывающий пластические свойства железобетона обладал рядом серьезных недостатков: не позволял определять действительные напряжения находить разрушающую нагрузку и т. д. Таким образом практика заставила исследователей искать теоретические основы отражающие действительную работу железобетонных элементов.
А. Ф. Лолейт А. А. Гвоздев и др. в начале 30-х годов был разработан метод учитывающий упругопластические свойства железобетона который был включен в нормы проектирования железобетонных конструкции в 1938 г – метод расчета по разрушающим нагрузкам.
В основу метода расчета сечений по разрушающим нагрузкам была положена работа конструкции в III стадии напряженно-деформированного состояния при этом предполагалось что напряжения в бетоне и арматуре достигают предельных значений. В отличие от метода расчета по допускаемым напряжениям где напряжения в бетоне и арматуре определялись по действующему в сечении внешнему усилию в рассматриваемом методе по принятым напряжениям в сечении установленным на основания экспериментов определялось значение разрушающего усилия. Метод позволял назначать общий для всего сечения коэффициент запаса. Метод более правильно отражал действительную работу сечений подтверждался экспериментально и явился крупным шагом в развитии теории железобетона.
Общим недостатком обоих рассмотренных выше методов являлось использование единого коэффициента запаса лишь весьма приближенно учитывающего многообразие факторов. Кроме того метод расчета по разрушающим нагрузкам позволяя достоверно определять прочность конструкции не давал возможности оценить ее работу на стадиях предшествующих разрушению применялись сталь и бетон относительно низкой прочности конструкции имели развитые сечения прогибы и трещины в бетоне от эксплуатационных нагрузок были невелики и не препятствовали нормальной работе конструкций. С появлением бетона и арматуры более высокой прочности сечения уменьшались снижалась и их жесткость в результате чего прогибы конструкций от фактических нагрузок оказывались значительными создавая в ряде случаев препятствия нормальной эксплуатации. Кроме того более существенную роль стал играть фактор раскрытия трещин вызывающий коррозию стали к которой высокопрочная арматура особенно чувствительна выше недостатками существовавших методов потребовали дальнейшего совершенствования методики расчета железобетонных конструкций.
Метод допускаемых напряжений – единый коэффициент запаса до 1938 года. Фактические коэффициенты запаса – 2 25.
Метод расчета по разрушающим нагрузкам приблизил результаты расчета и фактическую несущую способность. Однако коэффициент запаса тоже был единым.
Методы расчета железобетонных элементов по предельным состояниям.
Сущность методав том что устанавливаются предельные состояния и вводится система расчетных коэффициентов гарантирующих конструкцию от наступления этих предельных состояний при самых невыгодных сочетаниях нагрузок и минимальной прочности материалов.
Предельнымназывают такое состояние конструкции при котором она (конструкция) перестает отвечать предъявляемым к ней требованиям (например в ней образуются трещины когда они недопустимы по условиям эксплуатации; либо ее прогибы превышают предельно допустимые; либо конструкция разрушается).
Две группы предельных состояний.
В МПС установлены две группы предельных состояний у каждой из которых свои определенные задачи и в каждую из которых входит несколько расчетов обеспечивающих достижение этих задач.
Первая группапредельных состояний называется – предельные состояния по несущей способности (иначе его называют – по пригодности к эксплуатации).
Расчет по 1 группе предельных состояний выполняют чтобы гарантировать несущую способность конструкции то есть предотвратить следующие явления:
хрупкое вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности);
потерю устойчивости конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т.п.);
усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций находящихся под воздействием многократно повторяющихся подвижных или пульсирующих нагрузок: подкрановых балок шпал рамных фундаментов или перекрытий под неуравновешенными машинами)
разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных воздействий внешней среды (агрессивность среды попеременное замораживание и оттаивание и т.п.).
Вторая группапредельных состояний объединяет предельные состояния по пригодности к нормальной эксплуатации конструкций.
Во вторую группу входят расчеты:
по образованию трещин;
по раскрытию трещин;
Как видно из названий этих расчетов их задача состоит в обеспечении нормальной эксплуатации конструкций или оборудования расположенного на них.
Для того чтобы понять смысл методики МПС рассмотрим кратко подход к назначению основных расчетных факторов в МПС.
Характер разрушения железобетонных элементов. Два случая расчета прочности.
В конструкции подвергаемой изгибу под действием разрушающей нагрузки возможен излом по сечению нормальному к продольной оси конструкции и по наклонному. Излом по нормальному сечению вызывается действием изгибающего момента по наклонному — совместным действием изгибающего момента и поперечной силы.
В соответствии с современными воззрениями характер разрушения по нормальному сечению зависит (при прочих равных условиях) от содержания продольной растянутой арматуры ее механических свойств и уровня предварительного напряжения; естественная форма такого разрушения - физическое разрушение сжатой зоны или растянутой арматуры. При этом считают что могут быть два случая.
Случай 1. В конструкциях слабо армированных при арматуре из твердой стали с малым относительным удлинением при разрыве (менее 4.. .5%) и при высоком уровне ее предварительного напряжения разрушение происходит вследствие разрыва растянутой арматуры.
Деформации крайних сжатых волокон бетона в этом случае не достигают предельных значений а напряжения в сжатой арматуре — предела текучести и следовательно сопротивление сжатой зоны используется неполностью.
Случай 2. В конструкциях с умеренным содержанием растянутой арматуры и в переармированных т. е. при арматуре работающей упруго физическое разрушение происходит по сжатой зоне в результате достижения деформациями крайних сжатых волокон предельных значений. Напряжения в сжатой арматуре могут достигать предела текучести или быть ниже его.
В конструкциях с умеренным содержанием растянутой арматуры при арматуре из мягкой стали сопротивление растянутой зоны используется полностью.
В конструкциях с умеренным содержанием растянутой арматуры при арматуре не обладающей физическим пределом текучести а также в переармированных конструкциях сопротивление растянутой зоны используется неполностью.
Однако как показывают последние исследования в принципиальной постановке физическое разрушение сжатой зоны не может считаться единственной формой разрушения таких конструкций.
Наиболее наглядно это можно проиллюстрировать на примере однопролетной свободно опертой умеренно армированной балки при арматуре из мягкой стали. График “нагрузка — кривизна” для такой балки (рис. 2.11) представляет собой пологую (в сильно растянутом масштабе) кривую нигпадающая ветвь которой может быть реализована (по аналогии с рис. 1.14) лишь при убывающей нагрузке. Если режим нагружения исключает такую возможность в точке с максимальным изгибающим моментом должно произойти обрушение балки при этом деформации крайних волокон могут быть достаточно далеки от предельных значений.
Суть этого явления заключается в следующем. При работе нормального сечения в стадии III т. е. при достижении растянутой арматурой напряжений равных физическому пределу текучести равнодействующая сопротивления сжатой зоны при последующем увеличении нагрузки (из условия равновесия внутренних продольных усилий в указанном сечении) остается постоянной. Момент же внутренних сил по мере повышения нагрузки возрастает за счет уменьшения высоты сжатой зоны и следовательно увеличения плеча внутренней пары. При этом однако точка приложения равнодействующей сопротивления сжатой зоны все более смещается к нулевой линии. В конце концов наступает такое состояние — случай 3 при котором уменьшение высоты сжатой зоны уже не сопровождается увеличением внутреннего момента. Наступление этого состояния характеризуется нарушением силового равновесия сечения.
Конструктивные особенности изгибаемых элементов с обычной и преднапряженной арматурой.
Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций — плиты и балки. Плитами называют плоские элементы толщина которых значительно меньше длины и ширины. Балками называют линейные элементы длина которых значительно больше поперечных размеров А и B. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции чаще других — плоские перекрытия и покрытия сборные и монолитные а также сборно-монолитные.
Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.
Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50—100 мм в сборных — возможно тоньше.
Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках если значение их не изменяется в направлении перпендикуляриом пролету.
Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. Поэтому в пролетах плит сетки размещают понизу а в многопролетных плитах — также и поверху над промежуточными опорами.
Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3—10 мм располагают их на расстоянии (с шагом) 100—200 мм один от другого.
Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм в особо толстых плитах (толще 100 мм) не менее 15 мм.
Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Поперечные стержни принимают меньшего диаметра общим сечением не менее 10 % сечения рабочей арматуры поставленной в месте наибольшего изгибающего момента; размещают их с шагом 250—300 мм но не реже чем через 350 мм.
Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации в плане или с большим числом отверстий и т. д.) когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.
Железобетонные балки могут быть прямоугольного таврового двутаврового трапециевидного сечения.
Высота балок А колеблется в широких пределах; она составляет 110 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высота балок назначается кратной 50 мм если она не более 600 мм и кратной 100 мм при больших размерах из них предпочтительнее размеры кратные 100 мм до высоты 800 мм затем высоты 1000 1200 мм и далее кратные 300. Ширину прямоугольных поперечных сечений принимают в пределах (03—05) h а именно 100 120 150 200 220 250 мм и далее кратной 50 мм из них предпочтительнее размеры 150 200 мм и далее кратные 100.
Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн. Расстояние в свету между стержнями продольной арматуры ненапрягаемой или напрягаемой с натяжением на упоры должно приниматься не менее большего диаметра стержней а также для нижних горизонтальных (при бетонировании) стержней не менее 25 мм и для верхних стержней не менее 30 мм; если нижняя арматура расположена более чем в два ряда то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем (снизу) и выше расположенных рядах принимается не менее 50 мм.
В стесненных условиях стержни можно располагать попарно без зазоров. Расстояние в свету между стержнями периодического профиля принимают по номинальному диаметру.
Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок.
Для экономии стали часть продольных арматурных стержней может не доводиться до опор и обрываться в пролете там где они по расчету на восприятие изгибающего момента не требуются.
Площадь сечения продольной рабочей арматуры в изгибаемых элементах должна определяться расчетом но составлять не менее 005 % площади сечения элемента.
Для продольного армирования балок обычно применяют стержни периодического профиля (реже гладкие) диаметром 12—32 мм.
В балках шириной 150 мм и более предусматривают не менее двух продольных (доводимых до опоры) стержней при ширине менее 150 мм допускается установка одного стержня (одного каркаса).
В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы. Этим вызывается необходимость устройства поперечной арматуры. Количество ее определяют расчетом и по конструктивным требованиям.
Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы а при отсутствии сварочных машин — в вязаные. Вязаные каркасы весьма трудоемки их применяют лишь в случаях когда по местным условиям изготовление сварных каркасов невозможно.
Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью горизонтальных поперечных стержней устанавливаемых через 1—15 м.
При армировании вязаными каркасами хомуты в балках прямоугольного сечения делают замкнутыми; в тавровых балках в которых ребро сечения с обеих сторон связано с монолитной плитой хомуты могут быть открытые сверху. В балках шириной более 35 см устанавливают многоветвевые хомуты. Диаметр хомутов вязаных каркасов принимают не менее 6 мм при высоте балок до 800 мм и не менее 8 мм при большей высоте.
Поперечные стержни (хомуты) в балках и ребрах высотой более 150 мм ставят даже если они не требуются по расчету; при высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять.
В балках высотой более 700 мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстояниях (по высоте) не более чем через 400 мм; площадь каждого из этих стержней должна составлять не менее 01 % той части площади поперечного сечения балки которую они непосредственно армируют (высотой равной полусумме расстояний до ближайших стержней и шириной равной половине ширины элемента но не более 200 мм). Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок.
Для объединения всех арматурных элементов в единый каркас устойчивый при бетонировании и для анкеровки концов поперечной арматуры у верхних граней балок ставят монтажные продольные стержни диаметром 10—12 мм. В сборных балках монтажные стержни могут быть использованы как расчетные в условиях транспортирования и монтажа.
Вместо поперечных стержней или в дополнение к ним в балках можно применять наклонные стержни. Они работают эффективнее поперечных стержней поскольку больше соответствуют направлению главных растягивающих напряжений балки. Однако поперечные стержни при изготовлении балок удобнее и потому предпочтительнее.
Наклонные стержни обычно размещают под углом 45° к продольным. В высоких балках (более 800 мм) угол наклона может быть увеличен до 60°; в низких балках а также при сосредоточенных грузах угол наклона уменьшают до 30 °.
При армировании балок вязаными каркасами для экономии стали и улучшения конструкции каркаса целесообразно устройство отгибов части продольных рабочих стержней. Прямые участки отгибов из гладких стержней оканчиваются крюками.
В предварительно напряженных изгибаемых элементах арматуру располагают в соответствии с эпюрами изгибающих моментов и поперечных сил возникающих от нагрузки. Армирование криволинейной напрягаемой арматурой более всего отвечает очертаниям траекторий главных растягивающих напряжений и потому наиболее рационально но оно сложнее чем армирование прямолинейной арматурой. В последнем случае кроме арматуры воспринимающей усилия растянутой зоны под нагрузкой часто ставят также арматуру у противоположной граня балки в количестве (015—025). Это полезно в элементах большой высоты где усилие обжатия располагается вне ядра сечения и вызывает на противоположной стороне растяжеиие которое может привести к образованию трещин; в этой зоне в процессе изготовления элементов). В элементах небольшой высоты напрягаемую арматуру у верхней грани можно не ставить раскрытие верхних трещин может быть погашено монтажной ненапрягаемой арматурой.
Наиболее рациональная форма поперечного сечення изгибаемых предварительно напряженных элементов - двутавровая а при толстой стенке — тавровая. Сжатая полка сечения развивается по условию восприятия сжимающей равнодействующей внутренней пары сил изгибающего момента возникающего в элементе под нагрузкой а уширение растянутой зоны — по условию размещения в нем арматуры а также по условию обеспечения прочности этой части сечения при обжатии элемента (для предварительно напряженных элементов).
Напрягаемую арматуру компонуют в растянутых зонах поперечных сечений. Если арматуру натягивают на бетон то расстояние от поверхности элемента до поверхности канала принимают не менее 40 мм и не менее ширины канала; это расстояние до боковых граней элемента должно быть кроме того не менее половины высоты канала. Напрягаемая арматура располагаемая в пазах или снаружи граней элемента должна иметь толщину защитного слоя от наружной поверхности дополнительно наносимого бетона не менее 20 мм. Расстояние в свету между каналами для арматуры натягиваемой на бетон должно быть не менее диаметра канала и не менее 50 мм.
В предварительно напряженных балках особое значение имеет конструирование приопорных участков. Здесь происходит передача значительных усилий обжатия с арматуры на бетон через торцовые анкеры (при натяжении на бетон) или при арматуре без анкеров на концевых участках арматуры в зоне ее анкеровки. Здесь же при внеосевом воздействии напрягаемой арматуры на элемент возникают местные перенапряжения в торцовой части элемента из-за чего могут образоваться трещины раскрывающиеся по торцу и поверху на конце элемента. Поэтому надо усиливать концевые участки предварительно напряженных элементов.
Местное усиление участков предварительно напряженных элементов под анкерами а также в местах опи-рания натяжных устройств рекомендуется производить напрягаемой арматурой с помощью закладных деталей или дополнительной поперечной арматуры а также увеличением сечения элемента на этих участках. Толщину защитного слоя у концов предварительно напряженных элементов на длине зоны передачи усилий с арматуры на бетон нужно увеличить принимая ее при стержневой арматуре класса A-IV (Ат-IVC) И ниже а также при арматурных канатах не менее 2d а при стержневой арматуре класса A-V (Ат-V) И выше не менее 3d (d — диаметр арматуры или каната); при этом толщина защитного слоя должна быть не менее 40 мм для стержневой арматуры (всех классов) и не менее 20 мм для арматурных канатов. Для концевых частей элементов толщину защитного слоя допускается сохранять такой же как и на остальной длине при наличии стальной опорной детали надежно заанкеренной в бетоне предварительно напряженного элемента и дополнительной поперечной или косвенной арматуры охватывающей все продольные напрягаемые стержни.
Если напрягаемая арматура располагается у торцов элементов сосредоточенно у верхней и нижней граней то необходимо у торца элемента предусматривать дополнительно напрягаемую или ненапрягаемую поперечную арматуру. Поперечную арматуру нужно напрягать до натяжения продольной арматуры усилие натяжений в ней должно составлять не менее 15 % усилия натяжения продольной арматуры растянутой зоны у опорного сечения. Поперечные ненапрягаемые стержни должны быть надежно заанкерены по концам посредством приварки к закладным деталям. Ненапрягаемую поперечную арматуру нужно прини- мать такого сечения которое способно воспринимать усилие равное не менее 20 % усилия в продольной напрягаемой арматуре (нижней зоны опорного сечения) определяемого расчетом по прочности. Арматурные предварительно напрягаемые элементы натягиваемые на бетон необходимо снабжать анкерами. То же относится к арматурным элементам натягиваемым на упоры если сцепление их с бетоном недостаточно— гладкой проволоке многопрядным канатам. Эта анкеровка должна быть надежной на всех стадиях работы конструкции.
Особых анкерных устройств на концах напрягаемых арматурных элементов не требуется для натягиваемой на упоры высокопрочной арматурной проволоки периодического профиля арматурных канатов однократной свивки стержневой арматуры периодического профиля.
По концам предварительно напряженных элементов при арматуре без анкеров а также при наличии анкерных устройств производят местное усиление бетона с помощью дополнительных сеток или хомутов охватывающих все продольные стержни. Длину участка усиления принимают равной двум длинам анкерных устройств.
В предварительно напряженных элементах на их концевых участках при арматуре без анкеров по нормам не допускается образования трещин при совместном действии всех нагрузок (кроме особых).
На крайних свободных (незащемленных) опорах изгибаемых элементов (балок плит) без предварительного напряжения для обеспечения анкеровки продольных стержней арматуры (доводимых до опоры) эти стержни необходимо заводить за внутреннюю грань опоры не менее чем на 5d если в приопорном участке элемента не предполагается образования трещин.
В качестве несущей арматуры в изгибаемых элементах при определенных условиях используют прокатные профили (жесткая арматура) и сварные пространственные арматурные каркасы.
Элементы с жесткой арматурой могут быть двух типов: с расположением профиля по всей высоте балки или полностью в растянутой зоне. В балках обоих типов ставят дополнительную арматуру в виде сварных сеток или хомутов и продольных монтажных стержней диаметром 8—10 мм. Эта арматура уменьшает раскрытие трещин в бетоне и улучшает его сцепление с жесткой арматурой. В балках первого типа поперечную арматуру ставят без расчета диаметром 6—8 мм. В балках второго типа поперечную арматуру определяют расчетом; при этом кроме хомутов и сеток возможна постановка отгибов приваренных к верхней полке профиля. Защитный слой бетона для жесткой арматуры должен быть не менее 50 мм.
Несущие сварные каркасы изготовляют в виде пространственных ферм из стержней круглого и периодического профиля а также мелкого фасонного проката. Эти каркасы конструируют как сварные стальные фермы рассчитывая нх на нагрузки возможные в период строительства до отвердения бетона. При полных нагрузках несущие каркасы становятся арматурой железобетонной конструкции; пояса ферм работают как продольная арматура нисходящие раскосы — как отгибы а стойки — как поперечные стержни.
Расчет прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов с одиночным армировании при первом случае расчета.
Изгибу подвергаются железобетонные плиты и балки которые могут быть как самостоятельными конструкциями так и входить в состав сложных конструкций и сооружений (ребристые плиты подпорные стены рыбо- судопропускные шлюзы перегораживающие сооружения и др.). При одиночном армировании рабочая арматура расположена только в растянутой зоне.
Расчет по прочности нормальных сечений к продольной оси элементов прямоугольного сечения сводится к решению следующих задач:
подбор такого поперечного сечения которое соответствует требуемой прочности т.е. определение требуемой площади сечения растянутой арматуры при заданных внешних усилиях классах бетона и стали предварительно назначенных размерах сечения элемента;
определение требуемой площади сечения растянутой арматуры и недостающего размера сечения элемента при заданных внешних усилиях классах бетона и арматуры предварительно назначенных проценте армирования сечения и одном из размеров поперечного сечения элемента;
проверка прочности заданного сечения элемента заключающаяся в сопоставлении заданного внешнего изгибающего момента с внутренним соответствующим предельному состоянию рассматриваемого сечения элемента.
Рассмотрим изгибаемый элемент прямоугольного поперечного сечения с одиночной арматурой (рис. ниже) в момент когда в растянутой и сжатой зонах сечения проходящего через трещину одновременно наступает предельное состояние.
К расчету изгибаемых элементов с одиночным армированием
Чтобы составить условие прочности нормального сечения отделим часть балки и покажем внутренние усилия обеспечивающие равновесие этой части балки.
В сжатой зоне бетона
RsAs=Rs1As1+Rs2As2+ +RsnAsn
Плечо этих сил Zb= h0- 05х.
В расчетном предельном состоянии при разрушении элемента по случаю 1 составляются 2 условия прочности: относительно центра тяжести растянутой арматуры
или относительно центра тяжести сжатой зоны бетона
Из этих уравнений очевидно что Мb=Msт. е. предельные внутренние усилия в обеих зонах сечения одинаковы:
Основные уравнения прочности прямоугольных сечений изгибаемых элементов выше справедливы при высоте сжатой зоны хменьше граничной высоты xR т. е. когда соблюдается условие x ≤h0R
Условие выше справедливо только при = х h0≤R где R— граничное значение относительной высоты сжатой зоны вычисляется по формуле
В зависимости w = α- 0008Rb— характеристика сжатой зоны бетона.
α= 085 — для тяжелого бетона;
α= 08 — для легкого и поризованного бетона;
α= 075-08 — для мелкозернистого.
Напряжения в арматуре srпринимаются в зависимости от класса арматуры. Напряжения sru= 500 МПа при γb2 1 и sru= 400 МПа при γb2≥1.
При решении задачи 1-го типа из уравнения выше определяют высоту сжатой зоны
Подставляя полученное значение «x» в формулу выше вычисляют площадь As(сечения арматуры растянутой зоны)
По полученной величине Asпо сортаменту подбирают количество стержней их диаметр и размещают арматуру в растянутой зоне сечения.
Расчет прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов таврового профиля.
Элементы таврового профиля.
Расчеты прочности некоторых железобетонных конструкций (многопустотные и ребристые плиты перекрытий) сводятся в итоге к расчету таврового сечения (рис. 29). Тавровое сечение образуется изполкииребра. Основное преимущество таврового сечения перед прямоугольным – это отсутствие «лишнего» бетона в растянутой зоне поэтому в сравнении с прямоугольным тавровое сечение значительно выгоднее т.к. при одной и той же несущей способности (бетон растянутой зоны не влияет на несущую способность) расход бетона значительно меньше.
При большой ширине полок участки свесов более удаленные от ребра напряжены меньше. Поэтому в расчеты вводят только часть полки участвующей в работе – не более половины расстояния в свету между ребрамиcи не более 16 пролета рассматриваемого элемента (рис. 30а).
При консольных свесах полок (рис. 30б) вводимая в расчет ширина свеса должна составлять:
- при. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . не более 6;
- при. . . . . . . . . . . . . . не более 3;
- при. . . . . . . . . . . . . . . . . . . свесы полок в расчете не учитывают.
Рис. 29. Плиты перекрытий и их расчетные сечения:
а – многопустотная плита; б – ребристая плита.
б)Рис. 30. Участки свесов тавровых сечений
а – в составе монолитного перекрытия;
б – при консольных свесах полок.
Два расчетных случая в элементах таврового профиля
Расчетный случай зависит от положения границы сжатой зоны бетона.
случай.Граница сжатой зоны проходит в полке. В этом случае тавровое сечение рассчитывают как прямоугольное с размерами(рис. 31) поскольку бетон в растянутой зоне на несущую способность не влияет.
Рис. 31. 1 случай положения границы сжатой зоны бетона в элементах таврового профиля.
случай.Граница сжатой зоны находится в ребре (рис. 32). Расчет проводят по формулам таврового профиля.
Рис. 32. 2 случай положения границы сжатой зоны бетона в элементах таврового профиля.
Определение расчетного случая
При решениипрямой задачи т.е. когда необходимо определить требуемое количество растянутой арматуры предполагают что нижняя граница сжатой зоны проходит по нижней грани полки (рис. 33) определяют величину несущей способности таврового сечения на изгиб и сравнивают с величиной изгибающего момента от действия внешних нагрузок.
- граница сжатой зоны находится в полке;
- граница сжатой зоны находится в ребре.
Рис. 33. К определению расчетного случая в элементах таврового профиля.
При решенииобратной задачи т.е. когда требуется проверить несущую способность элемента при известном количестве арматуры в элементе граница сжатой зоны определяется из уравнения равенства нулю суммы проекций всех нормальных усилий на продольную ось элемента:; прирасчетным сечением является прямоугольник а при- сечение таврового профиля.
Расчет арматуры растянутой зоны в элементах таврового профиля(рис. 34).
Рис. 34. К расчету растянутой арматуры в элементах таврового профиля.
Условие прочности по сжатой зоне:
Заменяянаиз условия прочности (7) определяют значение:
затем по таблице находят соответствующее значение. Проверяют условие.
Из уравнения равенства нулю суммы проекций всех нормальных усилий на продольную ось элемента:
определяют неизвестное количество требуемой растянутой арматуры:
Если необходима арматура в сжатой зоне.
Расчет арматуры сжатой зоны в элементах таврового профиля(рис. 35).
Рис. 35. К расчету сжатой арматуры в элементах таврового профиля.
Принимаем т.е. бетон сжатой зоны работает до предела.
Используяиз условия прочности (8) определяют неизвестное количество требуемой сжатой арматуры:
Классы марки бетона. Основные свойства.
Зависимость напряжений в арматуре от относительной высоты сжатой зоны. Граница между случаями расчета.
Расчет прочности нормальных сечений железобетонных балок при втором случае расчета.
Конструктивные требования обеспечивающие прочность наклонных сечений по моменту. Эпюра материалов.
Монолитные ребристые перекрытия с балочными плитами
Перекрытия в жилых общественных и производственных зданиях делают в основном железобетонными. По способу возведения железобетонные перекрытия делят на монолитные сборные и сборно-монолитные. По конструктивной схеме их подразделяют на балочные и безбалочные. Балочные состоят из балок идущих в одном или двух направлениях и опирающихся на них плит; безбалочные не содержат балок а плиты этих перекрытий опираются непосредственно на колонны.
С учетом конструктивной схемы и способов возведения существует следующая классификация железобетонных перекрытий: ребристые монолитные перекрытия с балочными плитами; ребристые монолитные перекрытия с плитами опертыми по кон- туру; балочные сборные панельные перекрытия; балочные сбор- но-монолитные перекрытия; безбалочные монолитные перекрытия; безбалочные сборные перекрытия.
Ребристые перекрытия с плитами опертыми по контуру состоят из системы взаимно пересекающихся балок опирающихся непосредственно на колонны и стены и плит опертых на эти балки и монолитно связанных с ними. Балки обоих направлений обычно имеют одинаковую высоту пролеты этих балок 4 6 м. Толщина плит зависит от нагрузки и пролета и может составлять 8 14 см. Характер разрушения плит. опертых по контуру под действием равномерно распределенной нагрузки показан на в. По нижней поверхности плиты трещины направлены по биссектрисам углов на верхней поверхности при заделке плиты по контуру трещины идут параллельно сторонам и имеют закругления в углах перпендикулярные диагоналям.
Конструирование и расчет плит. Размещение арматуры в плитах опертых по контуру производят в соответствии с характером разрушения. Пролетную арматуру укладывают в нижней части плиты а у опор (над балками) — поверху. При пролетах более 25 м применяют раздельное армирование. Нижнюю арматуру выполняют из двух сеток с одинаковой площадью сечения рабочей арматуры в каждом направлении. В целях экономии одну из сеток доводят до опоры а другую размещают в средней части плиты и обрывают в пролете на расстоянии от опоры равном 14— если плита по контуру окаймлена балками 18— при свободном опирании плиты. Верхнюю арматуру плиты (над балками) выполняют в виде сеток у которых рабочие стержни располагают в направлении перпендикулярном балке и заводят в пролеты через один стержень .
В чем заключается проектирование ребристого монолитного перекрытия с балочными плитами.
В отличие от сборного монолитное перекрытие выполняется на месте как цельная конструкция с установкой арматуры и формовкой бетона в опалубке сооружаемой в пределах всего перекрытия.
Конструктивными элементами перекрытия являются плита второстепенные главные балки и колонны.
При отношении большего пролёта к меньшему больше двух плита в расчёте рассматривается как балочная.
Балочная плита работает в направлении короткого пролёта который назначается в пределах от 16 до 36 м.
Рёбра второстепенных и главных балок выступают снизу из плоскости плиты во взаимно перпендикулярных направлениях. Промежуточными опорами главных балок служат колонны.
Пролёты главных балок назначаются равными 5 9 м а второстепенных – 3 7 м.
Компоновка конструктивной схемы. Ребристые монолитные перекрытия состоят из балок расположенных по одному или двум направлениям и плиты соединенной с балками в одно монолитное целое. Балки одного направления обычно опираются на промежуточные опоры — колонны которые называют главными пролет этих балок — 5 8 м. В перпендикулярном направлении на главные балки опираются второстепенные; расстояние между ними или пролет опертых на них плит составляет 18 28 м. Пролеты второстепенных балок 4 7 м.
Толщину плиты перекрытия принимают обычно:
для плиты покрытия – не менее 5 см
для перекрытий ≥6см (до 10 см).
Плита рассматривается как неразрезная балка загруженная равномерно распределенной нагрузкой q=g + v (g — постоянная и v — временная нагрузки).
В балочных плитах окаймленных по всему контуру монолитно связанными с ними балками горизонтальным смещениям опорных сечений препятствуют ограждающие конструкции вследствие чего возникает распор Н обусловленный жесткостью этих балок и повышающий несущую способность плит. Второстепенные балки являясь непосредственными опорами для плит образуют с ними единое целое поэтому их сечения обычно тавровые. Армируют такие балки преимущественно сварными каркасами и сетками реже — отдельными стержнями (вязаные каркасы).
Расчет второстепенных балок. Второстепенная балка как и плита является неразрезной конструкцией опирающейся на главные балки. Балка рассчитывается на действие равномерно распределенной нагрузки (gt + v) передаваемой плитой с полосы шириной bf (см. 9.1) и нагрузки от собственного веса
Главная балка рассматривается как неразрезная конструкция загруженная сосредоточенными силами от опирающихся на нее второстепенных балок и равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса. Нагрузку от второстепенных балок вычисляют по соответствующим грузовым площадям а собственный вес главной балки для упрощения приводят к сосредоточенным в местах опирания второстепенных балок силам. Расчет неразрезных балок по методу предельного равновесия производят после предварительного их расчета как упругих систем с последующим перераспределением усилий.

Ответы на вопросы.docx

28.Коррозия железобетона и меры защиты от нее.
Коррозионная стойкость элементов железобетонных конструкций зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды. Коррозия бетона имеющего недостаточную плотность может происходить от воздействия фильтрующейся воды которая растворяет составляющую часть цементного камня — гидрат окиси кальция. Наибольшей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона являются белые хлопья на его поверхности. Весьма агрессивны грунтовые воды Морская вода содержит вредные соли. Коррозия арматуры (ржавление) происходит в результате химического и электролитического воздействия окружающей среды; обычно она протекает одновременно с коррозией бетона но может протекать и независимо от коррозии бетона. Продукт коррозии арматуры имеет в несколько раз больший объем чем арматурная сталь и создает значительное радиальное давление на окружающий слой. При этом вдоль арматурных стержней возникают трещины и отколы бетона с частичным обнажением арматуры. Мерами защиты от коррозии железобетонных конструкций находящихся в условиях агрессивной среды в зависимости от степени агрессии являются: снижение фильтрующей способности бетона введением специальных добавок повышение плотности бетона увеличение толщины защитного слоя бетона а также применение лакокрасочных покрытий замена портландцемента глиноземистым цементом применение специального кислотостойкого бетона.
Стадии напряженно деформированного состояния железобетонных элементов. стадия I—до появления трещин в бетоне растянутой зоны когда напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно; стадия II — после появления трещин в бетоне растянутой зоны когда растягивающие усилия в местах где образовались трещины воспринимаются арматурой и участком бетона над трещиной а на участках между трещинами — арматурой; стадия III — стадия разрушения характеризующаяся относительно коротким периодом работы элемента когда напряжения в растянутой стержневой арматуре достигают предела текучести а напряжения в бетоне сжатой зоны — временного сопротивления сжатию; в зависимости от степени армирования элемента последовательность разрушения зон растянутой и сжатой может изменяться.
С дальнейшим увеличением нагрузки напряжения в стержневой арматуре достигают физического или условного предела текучести; напряжения в бетоне сжатой зоны под влиянием нарастающего прогиба элемента и сокращения высоты сжатой зоны также достигают временного сопротивления сжатию. Разрушение железобетонного элемента начинается по арматуре растянутой зоны и заканчивается раздроблением бетона сжатой зоны. Такое разрушение носит пластический характер его называют случаем 1. Если элемент в растянутой зоне армирован высокопрочной проволокой с малым относительным удлинением при разрыве (~4 %) то одновременно с разрывом проволоки происходит и раздробление бетона сжатой зоны разрушение носит хрупкий характер его также относят к случаю 1.
В элементах с избыточным содержанием растянутой арматуры — переармированных — разрушение происходит по бетону сжатой зоны переход из стадии II в стадию III происходит внезапно. Разрушение переармированных сечений всегда носит хрупкий характер при неполном использовании растянутой арматуры; его называют случаем 2.
Метод расчёта жбк по предельным состояниям. Сущность метода. Группы предельных состояний. При расчете по этому методу четко устанавливаются предельные состояния конструкций и вводится система расчетных коэффициентов гарантирующих конструкцию от наступления этих состояний при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов.. Конструкции запроектированные и рассчитанные по методу предельного состояния получаются несколько экономичнее. Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности — первая группа предельных состояний; по пригодности к нормальной эксплуатации — вторая группа предельных состояний.
Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют чтобы предотвратить: хрупкое вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением); потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т. п.) Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют чтобы предотвратить:
образование чрезмерного или продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации образование или продолжительное раскрытие трещин допустимо); чрезмерные перемещения (прогибы углы поворота углы перекоса и амплитуды колебаний).
Классификация нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки. Сочетание нагрузок.В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные. Временные нагрузки в свою очередь подразделяют на длительные кратковременные особые.
Постоянными являются нагрузки от веса несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Длительными являются нагрузки от веса стационарного оборудования на перекрытиях — станков емкостей и т. п.; Кратковременными являются нагрузки от веса людей деталей.
К особым нагрузкам относятся: сейсмические и Нормативные нагрузки устанавливаются нормами. Нормативные постоянные нагрузки принимаются по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные временные технологические и монтажные нагрузки устанавливаются по наибольшим значениям предусмотренным для нормальной эксплуатации; снеговые и ветровые.
Расчетные нагрузки для расчета конструкций на прочность и устойчивость определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке у обычно больший единицы Коэффициент надежности от веса бетонных и железобетонных конструкций -у= 11;.
Сочетание нагрузок. Конструкции должны быть рассчитаны на различные сочетания нагрузок или соответствующие им усилия если расчет ведется по неупругой схеме. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают: основные сочетания состоящие из постоянных длительных и кратковременных нагрузок или усилий от них; особые сочетания состоящие из постоянных длительных возможных кратковременных и одной из особых нагрузок или усилий от них.
Степень ответственности зданий и сооружений. при достижении конструкциями предельных состояний определяется размером материального и социального ущерба. При проектировании конструкций следует учитывать коэффициент надежности по назначению Уп значение которого зависит от класса ответственности зданий или сооружений. На коэффициент надежности по назначению следует делить предельные значения несущей способности расчетные значения сопротивлений предельные значения деформаций раскрытия трещин или умножать на этот коэффициент расчетные значения нагрузок усилий или иных воздействий. Установлены три класса ответственности зданий и сооружений:
класс I уп = 1 — здания и сооружения имеющие обоснованное народнохозяйственное и(или) социальное значение такие как: главные корпуса ТЭС АЭС телевизионные башни промышленные трубы высотой более 200 м резервуары для нефтепродуктов вместимостью более 10 тыс. м3 класс II yп = 095—здания и сооружения промышленного и гражданского строительства (не входящие в классы I и III);
класс III уп = 09—различные склады одноэтажные жилые дома временные здания и сооружения.
Категории требования к трещиностойкости жбк. Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния.
К трещиностойкости железобетонной конструкции или ее частей предъявляются при расчете различные требования в зависимости от вида применяемой арматуры. Эти- требования относятся к нормальным и наклонным к продольной оси элемента трещинам и подразделяются на три категории:
первая категория — не допускается образование трещин;
вторая категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин при условии их последующего надежного закрытия (зажатия);
третья категория — допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.
Непродолжительным считается раскрытие трещин при действии постоянных длительных и кратковременных нагрузок; продолжительным считается раскрытие трещин при действии только постоянных и длительных нагрузок.
Основные положения расчёта по группам предельных состояний. Предельные состояния первой группы. В расчетах на прочность исходят из Ш стадии напряженно-деформированного состояния. Сечение конструкции обладает необходимой прочностью если усилия от расчетных нагрузок не превышают усилий воспринимаемых сечением пои расчетных сопротивлениях материалов с учетом коэффициента условий работы. Усилие от расчетных нагрузок Т (например изгибающий момент или продольная сила) является функцией нормативных нагрузок коэффициентов надежности и других факторов С (расчетной схемы коэффициента динамичности и др.). Усилие воспринимаемое сечением Трег является в свою очередь функцией формы и размеров сечения прочности материалов Яьп Rsn
Предельные состояния второй группы. Расчет по образованию трещин нормальных и наклонных к продольной оси элемента производят Для проверки тмвдно стойкости элементов к которым предъявляют требования первой категории а также чтобы установить ; появляются ли трещины в элементах к трещиностоикости которых предъявляют требования второй и третьей категории. Считается что трещины нормальные к продольной оси не появляются если усилие Т (изгибающий момент или продольная сила) от действия нагрузок не будет превосходить усилия Tore которое может быть воспринято сечением элемента.
Предельные проценты армирования изгибаемых элементов с одиночной арматурой (расположенной только в растянутой зоне) определяют из уравнения равновесия предельных усилий при высоте сжатой зоны равной граничной. При этом для прямоугольного сечения
Отсюда: Пределыьпе проценты армирования с повышением класса бетона! увеличиваются а с повышением класса арматуры уменьшаются. Сечения изгибаемых элементов имеющие проценты армирования превышающие предельные называют переармированными.
Нижний ирредел процента армирования или минимальный провдент армирования установлен из конструктивных соображений для восприятия не учитываемых расчетом разлшчных усилий (усадочных температурных и т. п.). Для изгибаемых и внецентренно растянутых сечений bХh иианимальный процент армирования продольной растянуто-й арматурой p для внецентренно растянутых элементов при расположении продольной силы между арматурой в пределах расстояния zs на каждой грани сечения уц =005 %.
Виды изгибаемых элементов. Конструктивные особенности жб плит и балок. Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций—плиты и балки. Плитами называют плоские элементы толщина которых значительно меньше длины 1Х и ширины bx. Балками называют линейные элементы длина которых значительно больше поперечных размеров.
Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.
Однопролетная плита опертая по двум противоположным сторонам показана на рис. а монолитная многопролетная плита опертая на ряд параллельных опор на рис. б.
Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой в соответствии с эпюрами изгибающих моментов (см. рис. III.2). Поэтому в пролетах плит сетки размещают понизу а в многопролетных плитах — также и поверху над промежуточными опорами.
Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3—10 мм располагают их на расстоянии (с шагом) 100—200 мм один от другого.
Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм в особо толстых «плитах (толще 100 мм) не менее 15 мм.
Железобетонные балки могут быть прямоугольного таврового двутаврового трапециевидного сечения
Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот. Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок.
Для экономии стали часть продольных арматурных стержней может не доводиться до опор и обрываться в пролете там где они по расчету на восприятие изгибающего момента не требуются.
Для продольного армирования балок обычно применяют стержни периодического профиля (реже гладкие) диаметром 12—32 мм.
Конструктивные особенности жб изгибаемых предварительно напряженных элементов.
В предварительно напряженных изгибаемых элементах арматуру располагают в соответствии с эпюрами изгибающих моментов и поперечных сил возникающих от нагрузки. Армирование криволинейной напрягаемой арматурой более всего отвечает очертаниям траекторий главных растягивающих напряжений и потому наиболее рационально но оно сложнее чем армирование прямолинейной арматурой. В последнем случае кроме арматуры Asp воспринимающей усилия растянутой зоны под нагрузкой часто ставят также арматуру Asp у противоположной грани балки в количестве (015—025) Asp. Это полезно в элементах большой высоты где усилие обжатия располагается вне ядра сечения и вызывает на противоположной стороне растяжение которое может привести к образованию трещин в этой зоне (в процессе изготовления элементов). В элементах небольшой высоты напрягаемую арматуру у верхней грани можно не ставить раскрытие верхних трещин может быть погашено монтажной ненапрягаемой арматурой.
Напрягаемая арматура располагаемая в пазах или снаружи граней элемента должна иметь толщину защитного слоя от наружной поверхности дополнительно наносимого бетона не менее 20 мм. Расстояние в свету между каналами для арматуры натягиваемой на бетон должно быть не менее диаметра канала и не менее 50 мм.
Расчёт на прочность по нормальным сечениям изгибаемых элементов прямоугольного профиля с одиночной арматурой.Элементы прямоугольного профиля с одиночной арматурой (без предварительного напряжения) имеют следующие геометрические характеристики
Высоту сжатой зоны х определяют на основании равенства из выражения
Условие прочности согласно выражению имеет вид
Удобно пользоваться также выражением моментов взятых относительно оси проходящей через центр тяжести сжатой зоны:
Прочность сечения с заданными Ъ As (материалы и момент М предполагаются известными) проверяют в такой последовательности: из выражения (Ш.9) находят высоту сжатой зоны х проверяют ее по условию (III.1) и затем пользуются выражениями (ШЛО) или (III.11). Сечение считается подобранным удачно если его несущая способность выраженная по моменту превышает заданный расчетный момент не более чем на 3—5 %.
Расчёт на прочность по нормальным сечениям изгибаемых элементов с двойной арматурой. условие прочности изгибаемого элемента прямоугольного сечения армированного двойной арматурой (при отсутствии Ар и Ар):
уравнение для определения положения границы сжатой зоны
Расчёт на прочность по нормальным сечениям изгибаемых элементов таврового профиля.
если известны размеры сечения bf hf b h и задан расчетный изгибающий момент но As неизвестно то при
граница сжатой зоны проходит в полке; при обратном неравенстве она пересекает ребро. Для случая когда граница сжатой зоны проходит в ребре.
Расчёт на прочность по наклонным сечениям на действие поперечной силы и изгибающего момента.
Разрушение изгибаемых элементов по наклонному сечению происходит вследствие одновременного действия на него изгибающих моментов и поперечных сил. В соответствии с этим развиваются внутренние осевые усилия в арматуре пересекаемой наклонной трещиной а также усилия в бетоне сжатой зоны. Поэтому расчет прочности элемента производят по наклонному сечению совпадающему с разрушающей наклонной трещиной по двум условиям: по поперечной силе и по изгибающему моменту. Прочность элемента по наклонному сечению на действие поперечной силы считается обеспеченной если соблюдается условие
Прочность элемента по наклонному сечению на действие изгибающего момента обеспечивается условием
Расчёт сжатых элементов при случайных эксцентриситетах. На несущую способность длинных (гибких) сжатых железобетонных элементов заметное влияние оказывают случайные эксцентриситеты явление продольного изгиба длительное воздействие нагрузки.
В сборных конструкциях следует учитывать возможность образования случайного эксцентриситета вследствие смещения элементов на опорах из-за неточностей монтажа; при отсутствии опытных данных значение этого эксцентриситета принимается не менее 1 см.
Несущую способность сжатого элемента со случайными эксцентриситетами при всех известных данных о размерах поперечного сечения элемента армирования материалах и нагрузке проверяют по формуле
для чего предварительно по формуле находят коэффициент ф.
Конструктивные особенности сжатых элементов.. К центрально-сжатым элементам условно относят: промежуточные колонны в зданиях и сооружениях верхние пояса ферм. Рабочие стержни в поперечном сечении колонны размещают возможно ближе к поверхности элемента с соблюдением минимальной толщины защитного слоя которая по требованиям нормативов должна быть не менее диаметра стержней арматуры и не менее 20 мм Колонны сечением до 40X40 см можно армировать четырьмя продольными стержнями что соответствует наибольшему допустимому расстоянию между стержнями рабочей арматуры; При расстоянии между рабочими стержнями более 400 мм следует предусматривать промежуточные стержни по периметру сечения элемента с тем чтобы расстояние между продольными стержнями не превышало 400 мм.
Поперечные стержни ставят без расчета но с соблюдением требований норм. Расстояние между ними (по условию обеспечения продольных стержней от бокового выпучивания при сжатии) должно быть при сварных каркасах не более 20d Диаметр поперечных стержней dw в сварных каркасах должен удовлетворять условиям свариваемости Диаметр хомутов вязаных каркасов должен быть не менее 5 мм и не менее 025d где d — наибольший диаметр продольных стержней. Толщина защитного слоя поперечных стержней aw должна быть не менее 15 мм.
Сжатые элементы усиленные косвенным армированием. Конструктивные особенности. Если в коротком центрально сжатом элементе установить поперечную арматуру способную эффективно сдерживать поперечные деформации то этим можно существенно увеличить его несущую способность. Такое армирование называется косвенным.для элементов с круглым или многоугольным поперечным сечением получило распространение косвенное армирование элемента в виде спиралей или сварных колец. Для элементов с прямоугольным сечением применяют объемное косвенное армирование в виде часто размещенных поперечных сварных сеток. Косвенное армирование в виде поперечных сеток часто применяют для местного усиления железобетонных сборных колонн вблизи стыков а также под анкерами и в зоне анкеровки предварительно напрягаемой арматуры
Бетон в пределах ядра сопротивляется внешним воздействиям даже после отслаивания наружного слоя бетона и до тех пор пока в поперечной арматуре напряжения не достигнут предела текучести. Продольные деформации элементов усиленных косвенной арматурой весьма велики и тем больше чем сильнее поперечное армирование.
Конструктивные особенности растянутых элементов. Расчёт на прочность растянутых элементов. Разрушение центрально-растянутых элементов происходит после того как в бетоне образуются сквозные трещины и он в местах трещин выключается из работы а в арматуре напряжения достигают предела текучести (если сталь имеет площадку текучести) или временного сопротивления. Несущая способность центрально-растянутого элемента обусловлена предельным сопротивлением арматуры без участия бетона.
В соответствии с этим прочность центрально-растянутых элементов в общем случае имеющих в составе сечения предварительно напрягаемую арматуру с площадью сечения Ар и ненапрягаемую с площадью сечения As рассчитывают по условию
В элементах с напрягаемой арматурой без анкеров необходимо проверять прочность сечений элемента в пределах длины зоны передачи напряжений. Расчетное сопротивление арматуры здесь принимают сниженным его определяют умножением Rs на коэффициент
Расчёт на прочность внецентренно растянутых элементов. Предельное состояние по несущей способности элементов любого симметричного сечения внецентренно растянутых в плоскости симметрии в случае 1 ( а продольная сила N приложена между равнодействующими усилий в арматуре S и S') характеризуется тем что бетон в элементах пересечен сквозными поперечными трещинами и потому в нормальных сечениях совпадающих с трещинами сопротивляется внешнему усилию лишь продольная арматура. Разрушение элемента наступает когда напряжения в продольной арматуре S и S'достигают предельного значения.
В случае 2 (б продольная сила N находится за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S и S') предельное состояние по несущей способности внецентренно растянутых элементов сходно с предельным состоянием изгибаемых элементов. Часть сечения у грани удаленной от силы а сжата противоположная часть сечения растянута. Вследствие образования трещин в бетоне растянутой зоны сечения растягивающие усилия в трещинах воспринимаются только арматурой. Несущая способность элемента обусловлена предельным сопротивлением растяжению арматуры растянутой зоны.
Несущую способность внецентренно растянутых элементов проверяют по условиям:
Основные расчётные предпосылки при определении трещиностойкости железобетонных конструкций. Расчёт на образование трещин центрально растянутых элементов. Расчет по образованию трещин заключается в проверке условия что трещины в сечениях нормальных к продольной оси не образуются если продольная сила от действия внешней нагрузки N не превосходит внутреннего продольного усилия в сечении перед образованием трещин Продольное усилие определяют по напряжениям возникающим в материалах перед образованием трещин: Для элемента без предварительного напряжения при определении усилия следует принять Вызванное ползучестью и усадкой бетона сжимающее напряжение в ненапрягаемой арматуре снижает сопротивление образованию трещин элемента.
Расчёт на образование трещин нормальных к продольной оси изгибаемых внецентренно сжатых и внецентреннт растянутых элементов. Этот расчет заключается в проверке условия что трещины в сечениях нормальных к продольной оси элемента не образуются если момент внешних сил М не превосходит момента внутренних усилий в сечении перед образованием трещин т. е.
Момент внешних сил при .изгибе будет М а момент внешних сил при внецентренном сжатии и при внецентренном растяжении если образуется сжатая зона
где C1 — расстояние от внешней продольной силы N до той же оси относительно которой берется момент внутренних усилий
Коэфициенты фs и фb.
где фs — коэффициент учитывающий работу растянутого бетона на участке с трещинами; фь — коэффициент учитывающий неравномерность распределения деформаций крайнего сжатого волокна бетона на участке с трещинами
Ширина раскрытия трещин нормальных к продольной оси элементов. Ширина раскрытия трещин нормальных к продольной оси элемента представляет собой разность удлинений арматуры и растянутого бетона на участке между трещинами длиной 1СГС т. е.
На ширину раскрытия трещин влияют коэффициент ij)s в свою очередь зависящий от прочности сцепления арматуры с бетоном напряжения в арматуре в сечении с трещиной os а также расстояние между трещинами Icrc. Значения этих факторов определяют расчетом.
Нормами рекомендуется определять ширину раскрытия трещин нормальных к продольной оси элемента на уровне оси растянутой арматуры по эмпирической формуле в миллиметрах
Кривизна оси при изгибе и жесткость железобетонных элементов на участках без трещин. Кривизну оси изгибаемых и внецентренно загруженных железобетонных элементов на участках где не образуются трещины определяют как для сплошного приведенного сечения в стадии I напряженно-деформированного состояния по формуле Кривизну оси вызванную выгибом 1г от кратковременного действия усилия предварительного обжатия также определяют по формуле при значении изгибающего момента Кривизну оси вызванную выгибом под влиянием ползучести бетона от усилия предварительного обжатия принимают равной тангенсу угла наклона эпюры деформаций по формуле
Кривизна оси при изгибе и жесткость железобетонных элементов на участках с трещинами. На участках где образуются нормальные к продольной оси элемента трещины в стадии II общее деформированное состояние определяют средними деформациями растянутой арматуры esm средними деформациями бетона сжатой зоны еbт и средним положением нейтральной оси с радиусом кривизны r (рис.).
Рассмотрим железобетонный элемент в зоне чистого изгиба. Кривизна оси и средние деформации арматуры и бетона связаны зависимостью после сокращения на сгс кривизна оси при изгибе представляется как тангенс угла наклона на эпюре средних деформаций
Определение прогибов железобетонных элементов не имеющих трещин в растянутых зонах. зонах определяют по жесткости приведенного сечения В и с учетом значений коэффициента-Ф при длительном действии нагрузки. Полное значение прогиба где fsht — прогиб от кратковременной нагрузки; f ср — выгиб от кратковременного действия усилия предварительного обжатия Р с учетом всех потерь; fcSC — выгиб вследствие ползучести бетона от обжатия. Выгиб предварительно напряженных элементов постоянной высоты вызванный внецентренным обжатием: Выгиб предварительно напряженных элементов постоянной высоты вызванный ползучестью бетона от обжатия:
Определение прогибов железобетонных элементов имеющих трещины в растянутых зонах В простейших случаях прогиб изгибаемых элементов без предварительного напряжения—плит панелей балок и т. п. — от равномерно распределенной нагрузки
Сущность железобетона. Условная совместной работы бетона и арматуры.
Совместная работа бетона и стальной арматуры обусловливается выгодным сочетанием физико-механических свойств этих материалов: 1) при твердении бетона между ним и стальной арматурой возникают значительные силы сцепления вследствие чего в железобетонных элементах под нагрузкой оба материала деформируются совместно;
) плотный бетон (с достаточным содержанием цемента) защищает заключенную в нем стальную арматуру от коррозии
) сталь и бетон обладают близкими по значению температурными коэффициентами линейного расширения поэтому при изменениях температуры в пределах до 100 °С в обоих материалах возникают несущественные начальные напряжения; скольжения арматуры в бетоне не наблюдается.
положительным свойствам: стойкости против атмосферных воздействий высокой сопротивляемости и динамическим нагрузкам малым эксплуатационным расходам на содержание зданий и сооружений и др. Вследствие почти повсеместного наличия крупных и мелких заполнителей в больших количествах идущих на приготовление бетона железобетон доступен к применению практически на
Сущность предварительного напряженного железобетона. Способы создания предварительного напряжения. Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции в которых до приложения нагрузок в процессе изготовления искусственно создаются значительные сжимающие напряжения в бетоне путем натяжения высокопрочной арматуры. Начальные сжимающие напряжения создаются в тех зонах бетона которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжение. При этом повышается трещиностой-кость конструкции и создаются условия для применения высокопрочной арматуры что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции. Возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и натяжение на бетон. Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300— 350 °С заводят в форму и закрепляют на концах в упорах форм. Арматура при восстановлении начальной длины в процессе остывания натягивается на упоры.
При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент (рис. 1.27 г) затем при достижении бетоном прочности Rьр создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Напрягаемую арматуру заводят в каналы или в пазы оставляемые при бетонировании элемента и натягивают на бетон (рис. 1.27 д). При этом способе напряжения в арматуре контролируются после окончания обжатия бетона. Каналы превышающие диаметр арматуры на 5—15 мм создают в бетоне укладкой извлекаемых пустотообразователей Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия; инъецированием — нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением. Инъецирование производится через заложенные при изготовлении элемента тройники — отводы. Если напрягаемая арматура располагается с внешней стороны элемента то навивка ее с одновременным обжатием бетона производится специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят торкретированием (под давлением) защитный слой бетона.
Краткая история возникновения и развития железобетона. Области применения железобетонных конструкций. Период возникновения железобетона (1850—1885 гг.) хара еризуется появлением первых конструкций из армированного бетона во Франции (Ламбо 1850 г.; Кунье 1854 г.; Монье 1867—1880 гг.) в Англии (Уилкинсон 1854 г.) в США (Гиатт 1855—1877 гг.).
В период освоения (1885—1917 гг.) железобетон находил применение в отдельных случаях в экономически достаточно развитых странах — Англии Франции США Германии России. Железобетон применялся в перекрытиях производственных зданий подземных трубах колодцах стенах резервуарах мостах путепроводах эстакадах фортификационных и других сооружениях. Создание дтервых теоретических основ расчета железобетона и принципов его конструирования оказалось возможным благодаря работам исследователей и инженеров Консидера Генебика (Франция) Кёнена Мёрша (Германия) и др. К концу XIX в. сложилась в общих чертах теория расчета железобетона по допускаемым напряжениям основанная на методах сопротивления упругих материалов.
Классификация бетонов для жбк по различным признакам. Бетоны подразделяют по ряду признаков: а) структуре — плотной структуры у которых пространство между зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим; крупнопористые малопесчаные и беспесчаные; поризованные т. е. с заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего; ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами;
б) средней плотности — особо тяжелые со средней плотностью более 2500 кгм3; тяжелые — со средней плотностью более 2200 и до 2500 кгм3; облегченные со средней плотностью более 1800 и до 2200 кгм3; легкие со средней плотностью более 500 и до 1800 кгм3;
в) виду заполнителей — на плотных заполнителях; пористых заполнителях; специальных заполнителях удовлетворяющих требованиям биологической защиты жаростойкости и др.;с
г) зерновому составу — крупнозернистые с крупными и мелкими заполнителями; мелкозернистые с мелкими заполнителями;
д) условиям твердения — бетон естественного твердения; бетон подвергнутый тепловлажностной обработке при атмосферном давлении; подвергнутый автоклавной обработке при высоком давлении.
Сокращенное наименование бетонов применяемых для несущих железобетонных конструкций установлено следующее:
тяжелый бетон — бетон плотной структуры на плотных заполнителях крупнозернистый на цементном вяжущем при любых условиях твердения;
мелкозернистый бетон — бетон плотной структуры тяжелый на мелких заполнителях на цементном вяжущем при любых условиях твердения;
легкий бетон — бетон плотной структуры на пористых заполнителях крупнозернистый на цементном вяжущем при любых условиях твердения.
Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность бетона. Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция соединения минералов цемента с водой в результате которой образуется гель — студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде еще не вступившими в химическую реакцию частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов. В процессе перемешивания бетонной смеси гель обволакивает отдельные зерна заполнителей постепенно твердеет а кристаллы постепенно соединяются в кристаллические сростки растущие с течением времени. Твердеющий гель превращается в цементный камень скрепляющий зерна крупных и мелких заполнителей в монолитный твердый материал — бетон. Существенно важным фактором влияющим на структуру и прочность бетона является количество воды применяемое для приготовления бетонной смеси оцениваемое водоцементным отношением WC
Усадка бетона. Факторы влияющие на усадку бетона. Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объеме при твердении в в-воде (набухание бетона). Усадка бетона зависит от ряда причин: 1) количества и вида цемента — чем больше цемента на единицу объема бетона тем больше усадка 2) количества воды — чем больше WC тем больше усадка; 3) крупности заполнителей — при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше.
Обычно усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года в дальнейшем она постепенно затухает. Скорость усадки зависит от влажности окружающей среды — чем меньше влажность тем больше усадочные деформации и выше скорость их роста. Усадка бетона связана с физико-химическими процессами твердения и уменьшения объема цементного геля потерей избыточной воды на испарение во внешнюю среду на гидратацию с еще непрореагировавшими частицами цемента.
Физические основы прочности бетона. Факторы влияющие на прочность бетона. В бетонном образце подвергнутом сжатию напряжения концентрируются на более жестких частицах обладающих большим модулем упругости вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц возникают усилия стремящиеся нарушить связь между частицами. В то же время в местах ослабленных порами и пустотами происходит концентрация напряжений. Поскольку в бетоне много пор и пустот растягивающие напряжения у одного отверстия или поры накладываются на соседние. В результате в бетонном образце подвергнутом осевому сжатию возникают продольные сжимающие и поперечные растягивающие напряжения.
Разрушение сжимаемого образца как показывают опыты возникает вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Сначала по всему объему возникают микроскопические трещинки отрыва. С ростом нагрузки трещинки отрыва соединяются образуя видимые трещины направленные параллельно или с небольшим наклоном к направлению действия сжимающих сил. Затем трещины раскрываются что сопровождается кажущимся увеличением объема. Наконец наступает полное разрушение.
Кубиковая и призменная прочность при сжатии. При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении (рис. 1.4 а). Наклон трещин разрыва обусловлен силами трения которые развиваются на контактных поверхностях — между подушками пресса и гранями куба. Силы трения направленные внутрь препятствуют свободным поперечным деформациям куба и создают эффект обоймы. Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцовых граней куба уменьшается поэтому после разрушения куб приобретает форму усеченных пирамид сомкнутых малыми основаниями. Опытами установлено что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба:
Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность Rb — временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Влияние сил трения на торцах призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношении ha=4 значение Rb становится почти стабильным и равным примерно 075 R. Влияние гибкости бетонного образца при этих испытаниях не сказывалось так как оно ощутимо лишь при ha >8.
Защитный слой бетона. Воздействие температуры на железобетон. Защитный слой бетона в железобетонных конструкциях создается размещением арматуры на некотором удалении от поверхности элемента. Защитный слой бетона необходим для совместной работы арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления монтажа и эксплуатации конструкций он защищает арматуру от внешних воздействий высокой температуры агрессивной среды и т. п. Толщина защитного слоя бетона для продольной арматуры ненапрягаемой или с натяжением на упоры должна быть не менее диаметра стержня или каната; Толщина защитного слоя бетона у концов продольной напрягаемой арматуры на участке передачи усилий с арматуры на бетон должна составлять не менее двух диаметров стержня.
Под воздействием температуры в железобетоне возникают внутренние взаимно уравновешенные напряжения вызванные некоторым различием в значениях коэффициента линейной температурной деформации цемент^ ного камня зерен заполнителей и стальной арматуры. При воздействии на конструкцию температуры до 50 °С внутренние напряжения невелики и практически не приводят к снижению прочности бетона. В условиях систематического воздействия технологических температур порядка 60—200°С необходимо учитывать некоторое снижение механической прочности бетона (примерно на 30%). При длительном нагреве до 500—600°С и последующем охлаждении бетон разрушается.
Прочность бетона при осевом растяжении срезе при местном сжатии. Прочность бетона при растяжении зависит от прочности цементного камня при растяжении и сцепления его с зернами заполнителей. Согласно опытным данным прочность бетона при растяжении в 10—20 раз меньше чем при сжатии причем относительная прочность при растяжении уменьшается с увеличением класса бетона. В опытах наблюдается еще больший по сравнению со сжатием разброс прочности. Повышение прочности бетона при растяжении может быть достигнуто увеличением расхода цемента уменьшением WC применением щебня с шероховатой поверхностью.
Временное сопротивление бетона осевому растяжению можно определять по эмпирической формуле Значение Rbt определяют испытаниями на разрыв образцов в виде восьмерки на раскалывание образцов в виде цилиндров на изгиб — бетонных балок. По разрушающему моменту бетонной балки определяют
Прочность бетона при срезе и скалывании. В чистом виде явление среза состоит в разделении элемента на две части по сечению к которому приложены перерезывающие силы. При этом сопротивление срезу зерен крупных заполнителей работающих как шпонки в плоскости среза оказывает существенное влияние. При срезе распределение напряжений по площади сечения считается равномерным. Временное сопротивление бетона при срезе можно определять по эмпирической формуле
Прочность бетона при длительно действующих нагрузках. при длительном действии нагрузки и высоких напряжениях под влиянием развивающихся значительных неупругих деформаций и структурных изменений бетон разрушается при напряжениях меньших чем временное сопротивление осевому сжатию Rb. Предел длительного сопротивления бетонаосевому сжатию по опытным данным может составлять Rы= = 090 Rb и меньше. Если при эксплуатации конструкции в благоприятных для нарастания прочности бетона условиях уровень напряжений оьЯы постепенно уменьшается отрицательное влияние фактора длительного загру-жения может и не проявляться.
Виды деформаций бетона. Обёмные деформации бетона. Виды деформаций. В бетоне различают деформация дзух основных видов: объемные развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки изменения температуры и влажности и силовые развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Объемные деформации. Деформации вызванные усадкой бетона изменяются в довольно широком диапазоне: по данным опытов для тяжелых бетонов es'~3-10~4 и более а для бетонов на пористых заполнителях е«^ «45-10^4. Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше чем при усадке.
Деформации бетона при однократном загружении кратковременной нагрузкой. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. При однократном загружении бетонной призмы кратковременно приложенной нагрузкой деформация бетона т. е. она образуется из ее — упругой и eP они увеличиваются с ростом напряжений и на диаграмме оь—гь имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загружении зависимость между напряжениями и деформациями может изображаться плавной кривой. Так же и при разгрузке если на каждой ступени замерять деформации дважды (после снятия нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой) то можно получить ступенчатую линию которую при достаточно большом числе ступеней разгрузки можно заменить плавной кривой но только уже вогнутой (см. рис.).
Деформации бетона при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3—4 мес и может продолжаться несколько лет. Свойство бетона характеризующееся нарастанием не-шпругих деформаций при длительном действии нагрузки называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3—4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки если деформации ползучести нарастают свободно напряжения в бетоне остаются постоянными. Если же связи в бетоне (например стальная арматура) стесняют свободное развитие ползучести то ползучесть будет стесненной при которой напряжения в бетоне уже не будут оставаться постоянными. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением WC и количества цемента на. единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зерен заполнителей ползучесть уменьшается; с повышением прочности бетона его класса ползучесть уменьшается. Бетоны на пористых заполнителях обладают несколько большей ползучестью чем тяжелые бетоны.
Предельные деформации бетона при сжатии и растяжении. Предельные деформации бетона перед разрушением — предельная сжимаемость и предельная растяжимость зависят от прочности бетона его класса состава длительности приложения нагрузки. С увеличением класса бетона предельные деформации уменьшаются но с ростом длительности приложения нагрузки они увеличиваются. Сжимаемость бетона значительно возрастает если при его загружении происходит пропорциональное возрастание деформаций (см. рис. 1.9); в этом случае на диаграмме напряжения — деформации появляется нисходящий участок. Предельная растяжимость бетона в 10—20 раз меньше предельной сжимаемости в среднем ее принимают равной: бетоны на пористых заполнителях имеют несколько большую предельную растяжимость. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.
Модуль деформации бетона. Начальный модуль упругости бетона при сжатии Еь соответствует лишь упругим деформациям возникающим при мгновенном загружении геометрически он определяется как тангенс угла наклона прямой упругих деформаций Модуль полных деформаций бетона при сжатии Еь соответствует полным деформациям (включая ползучесть) и является величиной переменной; геометрически он определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой оь—еь в точке с заданным напряжением для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона представляющим собой тангенс угла наклона секущей к кривой о&—еь в точке с заданным напряжением: Поскольку угол а меняется в зависимости от напряжений модуль упругопластичности — также переменная величина меньшая чем начальный модуль упругости.
Класы и марки бетона. Классом бетона по прочности на осевое сжатие В (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 15 см испытанных через 28 дней хранения при температуре 20+2 °С с учетом статистической изменчивости прочности Классы бетона по прочности на сжатие для железобетонных конструкций нормами устанавливаются следующие: для тяжелых беонов В75 В60; Классы бетона по прочности на осевое растяжение Вт08; Вт32 характеризуют прочность бетона на осевое растяжение (МПа) по с учетом статистической изменчивости прочности. Марки бетона по морозостойкости от F25 до F500 характеризуют число выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. Марки бетона по водонепроницаемости от W2 до W12 характеризуют предельное давление воды при котором еще не наблюдается просачивание ее через испытываемый образец. Марки бетона по плотности от D800 до D2400 характеризуют среднюю плотность (кгм3).
Назначение и виды арматуры. Арматура в железобетонных конструкциях устанавливается преимущественно для восприятия растягивающих усилий и усиления бетона сжатых зон конструкций. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия. Арматуру разделяют по четырем признакам.1. В зависимости от технологии изготовления стальная арматура железобетонных конструкций подразделится на горячекатаную стержневую и холоднотянутую прополочную. 2. В зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной — подвергнутой термической обработке или упрочненной в холодном состоянии — вытяжкой волочением. 3. По форме поверхности арматура может быть периодического профиля и гладкой. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном. 4. По способу применения при армировании железобетонных элементов различают напрягаемую арматуру подвергаемую предварительному натяжению и ненапрягаемую.
Механические свойства арматурных сталей. Горячекатаная арматурная сталь с площадкой текучести обладает значительным удлинением после разрыва—до 25 %. Повышение прочности горячекатаной арматурной стали и уменьшение удлинения при разрыве достигаются введением в ее состав углерода и различных легирующих добавок: марганца кремния хрома и др. Содержание углерода свыше 03—05 % снижает пластичность и ухудшает свариваемость стали. Существенного повышения прочности горячекатаной арматурной стали (в несколько раз) достигают термическим упрочнением или холодным деформированием. При термическом упрочнении осуществляются закалка арматурной стали (нагревом до 800 900 °С и быстрым охлаждением) затем частичный отпуск (нагревом до 300— 400 °С и постепенным охлаждением).
Класификация арматуры. Классы и марки арматурных сталей. Неметалическая арматура. Стержневая горячекатаная арматура в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяется на шесть классов с условным обозначением: A-I А-Н А-Ш A-IV A-V A-VI. Термическому упрочнению подвергают стержневую арматуру четыёх классов упрочнение в ее обозначении отмечается дополнительным индексом «т»: Ат-Ш Ат-IV At-V At-VI. Дополнительной буквой С указывается на возможность (ТЫкопания сваркой К — на повышенную коррозионную стойкость.
Неметаллическую стеклопластиковую арматуру получают изтонких стекловолокон объединяемых в арматурный стержень с помощью связующих пластиков из синтетических смол. К недостаткам стеклопластиковой арматуры относятся склонность к разрушению от щелочных реакций и старение характеризуемое снижением прочности во времени
Применение арматурных сталей в конструкциях. В качестве ненапрягаемой арматуры применяют имеющие сравнительно высокие показатели прочности стержневую арматуру классов Ат-Ш А-Ш арматурную проволоку класса Вр-I. Возможно применение арматуры класса А-П если прочность арматуры класса А-Ш не полиостью используется в конструкции из-за чрезмерных деформаций или из-за раскрытия трещин. Арматуру класса A-I можно применять в качестве монтажной хомутов вязаных каркасов поперечных стержней сварных каркасов.
В качестве напрягаемой рекомендуется" применять стержневую термически упрочненную арматуру классов Лт-VI At-V At-IVC горячекатаную арматуру классов A-VI A-V и A- для элементов длиной свыше 12 м целесообразно применять арматурные канаты и высокопрочную проволоку допускается применение стержней классов A-IV A-V.
Арматурные сварные изделия. Ненапрягаемую арматуру железобетонных конструкций изготовляют на заводах как правило в виде арматурных сварных изделий — сварных сеток и каркасов. Продольные и поперечные стержни сеток и каркасов в местах пересечений соединяют контактной точечной электросваркой. Сварные сетки изготовляют по стандарту из обыкновенной арматурной проволоки диаметром 3—5 мм и арматуры класса А-Ш диаметром 6—10 мм; они бывают рулонные и плоские. В рулонных сетках наибольший диаметр продольных стержней 7 мм. Рабочей арматурой могут служить продольные или поперечные стержни сетки; стержни расположенные перпендикулярно рабочим являются распределительными (монтажными). В качестве рабочей арматуры можно также использовать стержни сеток обоих направлений. Ширина сетки ограничивается размером 3800 мм длина сетки принимается по проекту но не более 9000 мм длина рулонной сетки ограничивается массой рулона 900—1300 кг.
Арматурные проволочные изделия. Напрягаемую арматуру предварительно напряженных конструкций изготовляют из отдельных проволок объединяемых в арматурные изделия — канаты и пучки. Арматурный канат — наиболее эффективная напрягаемая арматура он состоит из группы проволок свитых так чтобы было исключено их раскручивание. Арматурные пучки состоят из параллельно расположенных высокопрочных проволок (рис. 1.22). Проволоки (14 18 и 24 шт.) располагают по окружности с зазорами обеспечивающими проникание цементного раствора внутри пучка и обматывают мягкой проволокой. В более мощных арматурных пучках вместо отдельных проволок применяют параллельно расположенные канаты. В многорядных пучках число отдельных проволок диаметром 4—5 мм достигает 100 шт.
Стыки и соединения арматурных стержней сварных сеток и каркасов. Сварные Стыки арматуры. Основным видом соединения арматурных стержней является сварное соединение встык которое в заводских условиях и на монтаже выполняется различными способами.
В заводских условиях для соединения арматурных стержней классов от A-I до A-VI Ат-Ш Ат-IVC (например для соединения заготовок арматурных стержней приварки коротышей большого диаметра и т. п.) применяют контактную сварку. При этом отношение диаметров соединяемых стержней и наименьший диаметр стержня. Допускается при использовании специальной технологии сварки отношение did2^05.
На монтаже для соединения арматурных стержней классов A-I A-II А-Ш Ат-Ш (например для соединения выпусков арматуры сборных железобетонных элементов и т. п.) применяют дуговую вынную сварку.
Сцепление арматуры с бетоном. В железобетонных койструкциях благодаря сцеплению материалов скольжения арматуры в бетоне под нагрузкой не происходит. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивается сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней заанкерован-ных в бетоне (рис. 1.28 а). Согласно опытным данным прочность сцепления зависит от: 1) зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля (рис. 1.28 б); 2) сил трения развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки; 3) склеивания арматуры с бетоном возникающего благодаря клеющей способности цементного геля. Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор — он обеспечивает около 3Д общего сопротивления скольжению арматуры в бетоне. Если арматура гладкая и круглая сопротивление скольжению уменьшается в 2—3 раза. При вдавливании арматурного стержня в бетон прочность сцепления больше чем при его выдергивании вследствие сопротивления окружающего слоя бетона поперечному расширению сжимаемого стержня.
Усадка железобетона. В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутренней связью препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным усадка и набухание железобетона в ряде случаев вдвое меньше чем усадка и набухание бетона (рис. 1.35). Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных внутренне уравновешенных напряжений— растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре.