- •Раздел 1. Основы расчёта железобетонных конструкций.
- •Глава 1. Физико-механические свойства бетона, арматурных сталей и железобетона.
- •§ 1.1. Бетон для железобетонных конструкций
- •§ 1.2, Арматура для железобетонных конструкций
- •§ 1.3. Железобетон
- •Раздел II. Каменные и армокаменные конструкции
- •Глава 18. Общие сведения. Материалы для каменных и армокаменных конструкций
- •§ 18.1. Преимущества и недостатки каменных и армокаменных конструкций
- •§ 18.2. Виды каменных
- •Глава 19. Расчет элементов каменных конструкций
- •§ 19.1. Прочностные и деформативные характеристики каменной кладки
- •§ 19.2. Расчет каменных конструкций по предельным состояниям
- •§ 19.3. Расчет элементов, работающих на центральное и местное сжатие
- •§ 19.4. Внецентренно сжатые элементы
- •§ 19.5. Расчет элементов, работающих на изгиб, растяжение и срез
- •Глава 20. Армированные каменные конструкции
- •§ 20.1. Виды армирования и усиления кладки
- •§ 20.2. Расчет центрально и внецентренно сжатых элементов с сетчатым армированием
- •§ 20.3. Расчет элементов с продольным армированием при сжатии
- •Глава 21. Проектирование каменных конструкций зданий
- •§ 21.1. Требования к каменным конструкциям зданий
- •§ 21.2. Расчет стен и столбов зданий с жесткой конструктивной схемой
- •§ 21.3. Расчет стен и столбов зданий с гибкой конструктивной схемой
- •§ 21.4. Расчет отдельных элементов здании
§ 1.2, Арматура для железобетонных конструкций
Арматурой называют стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с расчетом, конструктивными и производственными требованиями. Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают для восприятия растягивающих напряжений или усиления сжатого бетона. В качестве арматуры применяют в основном сталь. В ряде случаев возможно применение и других материалов, например стеклопластика, обладающего высокой прочностью,
химической стойкостью. Однако этот материал значительно дороже стали и его целесообразно применять лишь в конструкциях, к которым предъявляются специальные требования коррозионной стойкости, электроизолирующей способности и немагнитности.
Виды арматуры. По назначению различают арматуру рабочую, устанавливаемую по расчету, конструктивную и монтажную, применяемые из конструктивных и технологических соображений. Конструктивная арматура воспринимает не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры, равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями и т.п.; монтажная обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, объединяет ее в каркасы и т.п. (рис. 1.4).
По способу изготовления различают арматуру горячекатаную (получаемую способом проката)—стержневую и холоднотянутую (изготовляемую путем вытяжки в холодном состоянии) —проволочную.
По профилю поверхности различают арматурные стали гладкие и периодического профиля (рис. 1.5). Последние обладают лучшим сцеплением с бетоном и в настоящее время являются основной арматурой.
По способу применения арматуру делят на напрягаемую и ненапрягаемую.
Горячекатаная и холоднотянутая арматура называется гибкой. Помимо нее в конструкциях в ряде случаев применяют жесткую (несущую) арматуру из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков и т. п.
Физико-механические свойства. Эти свойства арматуры зависят от химического состава, способа производства и обработки. В мягких сталях содержание углерода составляет обычно 0,2...0,4 %. Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности при одновременном снижении деформативности и свариваемости. Изменение свойств сталей может быть достигнуто введением легирующих добавок. Марганец, хром повышают прочность без существенного снижения деформативности. Кремний, увеличивая прочность, ухудшает свариваемость.
Повышение прочности может быть достигнуто также термическим упрочнением и механической вытяжкой. При термическом упрочнении вначале осуществляют нагрев арматуры до 800...900°С и быстрое охлаждение, а затем нагрев до 300...400 °С с постепенным охлаждением, При механическом затягивании арматуры на 3...5 % вследствие структурных изменений кристаллической решетки— наклепа сталь упрочняется. При повторной вытяжке (нагрузке) диаграмма деформирования 4 будет отличаться от исходной (рис, 1.6), а предел текучести существенно повысится.
Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой «напряжения — деформации», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм подразделяются на (рис. 1.6): 1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали); 2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколегированные, термически упрочненные стали); 3) стали с линейной зависимостью почти до разрыва (высокопрочная проволока ).
Основные прочностные характеристики: для сталей вида 1 — физический предел текучести; для сталей видов 2 и 3 — условный предел текучести , 2, принимаемый равным напряжению, при котором
остаточные деформации составляют 0,2%, и условный предел упругости, при котором остаточные деформации 0,02 % ■ Помимо этого характеристиками диаграмм являются предел прочности (временное сопротивление) к предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали. Малые предельные удлинения могут дослужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие пластические свойства сталей создают благоприятные условия для работы железобетонных конструкций (перераспределение усилий в статически неопределимых системах, при интенсивных динамических воздействиях и т. п.).
• В зависимости от типа конструкций и условий, эксплуатации наряду с основной характеристикой — диаграммой «σ—ε» в ряде случаев необходимо учитывать другие свойства арматурных сталей: свариваемость, реологические свойства, динамическое упрочнение и т. п.
Под свариваемостью понимают способность арматуры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин, каверн и других дефектов в зоне сварного шва. Хорошей свариваемостью обладают горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя. сваривать термически упрочненные стали (кроме специальных «свариваемых») и упрочненные вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения.
Реологические свойства характеризуются ползучестыо и релаксацией, Ползучесть арматурных сталей проявляется лишь при больших напряжениях и высоких температурах. Более опасна релаксация—падение напряжений во времени при неизменной длине образца (отсутствии деформаций). Релаксация зависит от химического состава стали, технологии изготовления, напряжения, температуры и др. Она наиболее интенсивно протекает в первые часы, но также продолжаться длительное время. Учет ее важен при расчете предварительно напряженных конструкций.
Усталостное разрушение наблюдается при действии многократно повторяющейся нагрузки при пониженном сопротивлении и носит хрупкий характер. Прочность при многократно повторной нагрузке (предел выносливости) арматуры зависит от числа повторений нагрузки п и характеристики цикла нагружения ps.
Динамическое упрочнение имеет место при действии кратковременных (t≤lc) динамических нагрузок большой интенсивности взрывных, сейсмических). Превышение динамического предела текучести над статическим объясняется запаздыванием пластических деформаций и зависит от химического состава стали и скорости деформации.
Классификация арматуры. Все арматурные стали разделяют на классы, объединяющие стали с одинаковыми прочностными и деформативными свойствами. При этом к одному классу могут относиться стали, отличающиеся по химическому составу, т. е. разных марок.
Стержневая арматура обозначается буквой А и римской цифрой и бывает: горячекатаная — гладкая класса A-I; периодического профиля классов А-П, А-Ш, A-IV, AV и А-VI; термически и термомеханически упрочненная — периодического профиля классов Ат-Ш, At-IV, At-V, At-VI и механически упрочненная класса А-Шв. Для дополнительной характеристики стержневой арматуры, необходимой при использовании ее в определенных условиях, к обозначениям классов вводятся индексы. Индекс;. «С» в обозначении термически и
термомеханически упрочненной арматуры указывает на возможность соединения стержней с помощью сварки (At-IVC); «К» — на повышенную стойкость к коррозии под напряжением (Ат-IVK); «СК» — на возможность сварки и повышенную стойкость к коррозии под напряжением (Ат-VCK). Индекс «с» употребляется для арматуры, рекомендуемой к использованию в условиях низких температур, например класса Ас-11 из стали марки 10ГТ.
Холоднотянутая проволочная арматура обозначается буквой В и римской цифрой и подразделяется на обыкновенную арматурную проволоку рифленую (периодического профиля) класса Вр-I и гладкую класса B-1, а также высокопрочную гладкую проволоку класса В-11 и периодического профиля класса Вр-11.
Основные прочностные и деформативные характеристики различных арматурных сталей приведены в табл. 2.2. Сортамент стержней и проволочной арматуры дан на форзаце. Приведенные в сортаменте диаметры горячекатаной арматурной стали' периодического профиля соответствуют поминальному диаметру равновеликих по площади круглых гладких стержней.
Арматурные изделия. Для ускорения производства работ ненапрягаемая гибкая арматура (отдельные стержни) объединяется в каркасы и сетки, в которых стержни в местах пересечений соединяются контактной точечной сваркой или вязкой. В отдельных случаях допускается применение дуговой сварки.
Сварные каркасы (рис. 1.7, а) образуются из продольных и поперечных стержней. Продольные рабочие стержни устраивают в один или два ряда. Приварка продольных стержней к поперечным с одной стороны более технологична, чем с двух.
Плоские каркасы обычно объединяются в пространственные, которые должны обладать достаточной жесткостью для возможности складирования, транспортирования и сохранения проектного положения в форме.
При назначении диаметров продольных и поперечных стержней необходимо учитывать условия технологии сварки во избежание пережога более тонких стержней;
Диаметры продольных стержней, ми ... 3...10 12...16 18...20 22 25...32 36...40
Наименьшие стержней мм 3 4 5 6 8 10
Сварные сетки (ГОСТ 8478—81) выполняют из сталей классов B-I, Bp-I, A-I, А-Н, A-III.
Сварные сетки можно конструировать, предусматривая их последующее сгибание в одной плоскости на специальных станках. Сетки бывают плоские и рулонные, с продольной и поперечной рабочей арматурой. Рулонные сетки с продольной рабочей арматурой изготовляют при диаметре продольных стержней не более 5,мм (рис. 1.7,6). При диаметре более 5 мм применяют сетки с поперечной рабочей арматурой (рис. 1.7, в) или плоские. Максимальный диаметр поперечных стержней плоских я рулонных сеток 8 мм. Длина сетки в рулоне 50...100 м, поэтому для использования в конструкциях сетки разрезают по месту.
Арматурные канаты и пучки. Армирование конструкция отдельными высокопрочными проволоками (вследствие их большого числа) трудоемко и часто приводит к излишнему развитию сечений элементов, В связи с этим проволоку укрупняют в канаты и пучки. Канаты (рис. 1.7, г) обычно изготовляют из 7 или 19 проволок одного диаметра (обозначение К-7 или К-19), навивая на центральную прямолинейную проволоку остальные
Рис. 1.8. Соединения арматуры
в один или несколько слоев. Диаметр проволок канатов К-7 от 2 до 5 мм. Расчетные характеристики канатов приведены в табл. 2.2. Пучки состоят из параллельных высокопрочных проволок (14, 18, 24 шт.) или канатов (рис 1.7, д). Пучки могут иметь по концам анкеры, а по длине обматываются мягкой проволокой.
Соединения арматуры [6]. Для соединения арматурных стержней по длине в заводских условиях рекомендуется применять контактную стыковую сварку (рис. 1,8, а) на специальных сварочных машинах. Для соединения встык при монтаже используют дуговую сварку. При этот в случае свариваемых стержней d^20 мм применяют дуговую ванную сварку в инвентарных (медных) формах (рис. 1.8, б). При d<20 мм дуговую сварку осуществляют с накладками с четырьмя фланговыми швами "(рис. 1.8,в). Допускается также сварка односторонними удлиненными швами (рис. 1.8, г). Стык рабочих стержней внахлестку без сварки применяют при мм (рис. 1,8,6) в тех местах, где прочность арматуры используется не полностью, Стыки внахлестку не допускаются в растянутых элементах. В местах стыка обязательно устанавливают дополнительные хомуты. Во всех случаях стыки следует делать вразбежку подлине элемента. Стыки внахлестку сварных сеток в рабочем направлении, так же как и стержней, должны иметь длину перепуска 1>1ап, определяемую по формуле (1.12). Длину нахлестки сетки в направлении распределительной арматуры принимают 50..100 мм в зависимости от диаметра.
Я Применение арматуры в железобетонных конструкциях. Выбор класса арматурных сталей производят в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного напряжения, условий возведения и эксплуатации здания.
В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяют в основном" сталь класса А-Ш и проволоку класса Bp-I (B-I) в сетках и каркасах. Арматуру классов А-II и A-I допускают в качестве поперечной арматуры, а в качестве продольной — только при соответствующем обосновании (например, если прочность стали А-Ш не может быть полностью использована из-за чрезмерного раскрытия трещин и прогибов). Стержневую арматуру класса A-IV и выше применяют в качестве продольной арматуры только в вязаных каркасах.
В качестве напрягаемой рабочей арматуры при нормальных условиях эксплуатации и длине железобетонных элементов до 12 м используют преимущественно стали классов Ат-VI и At-V, а также В-П, Вр-П, К.-7, К-19, A-IV, A-V, A-VI, А-Шв, для элементов длиной более 12 м — главным образом арматурные канаты, пучки, проволоку классов В-П, Вр-П, а также свариваемую арматуру A-VI, A-V, A-IV и А-Ш в.