4. Сущность жбк. Достоинства и недостатки
Ж/Б – основной конструкционный материал. Если в растянутую зону внести арматуру, то она принимает напряжение, а не бетон (работа бетона на растяжение не значительна). Ж/Б – это комплексный материал в виде рационально соединенных для совместной работы бетона и стальных стержней. Бетон как всякий каменный материал хорошо сопротивляется сжатию, но значительно хуже растяжению. Бетонная балка на двух опорах испытывает сжатие выше нейтральной линии и растяжение ниже её. Несущая способность такой конструкции очень низка, она ограничена низкой несущей способностью на растяжение. Если в растянутую зону ввести арматуру, работающую на растяжение, то она воспринимает растягивающие растяжение, несущая способность конструкции повышается примерно в 20 раз.
Основная идея состоит в том, чтобы использовать бетон на сжатие, а арматуру на растяжение. Особою группу составляют сжатые элементы, где введение арматуры в сжатый бетон позволяет уменьшить размеры поперечного сечения и снизить собственный вес, повысить несущую способность. Т.к. сталь одинаково хорошо работает как на сжатие так и на растяжение, то это позволяет выполнять элементы ферм, свайных фундаментов, несущих колонн и т.д.
1) При твердении бетон прочно сцепляется с арматурой и под нагрузкой оба материала работают совместно.
2) Плотный бетон защищает заключенную в нем арматуру от коррозии и от огня.
3) Сталь и бетон обладают близкими по величине коэффициентами линейного расширения. Бетон – 0,00001-0,00015 и сталь – 0,000012, поэтому при температурных деформациях на происходит скольжения арматуры в бетоне.
Достоинства ЖБК:
1) Высокие механические свойства;
2) Огнестойкость – ж/б один из наиболее огнестойких материалов, в зависимости от наполнителя бетона теплоизоляционные качества могут быть повышены. Бетон надежно защищает сталь от нагревания;
3) Сейсмостойкость – ж/б достаточно жёсток, монолитен и при землетрясениях оказывается наиболее прочным;
4) Долговечность - обеспечивается тем что бетон заглушает сталь от коррозии, прочность бетона со временем возрастает;
5) Относительная быстрота возведения конструкций - широкая доступность материалов для ж/б делает их производство доступным везде. Малые эксплуатационные расходы: ремонт ограничивается затиркой поверхности повреждений и трещин.
6) Гигиеничность - нет щелей, не способствует образованию биологических процессов;
7) Способность принимать любые формы: дает выполнить любые архитектурные требования.
Недостатки ЖБК:
1) Массивность – большой собственный вес;
2) Большая тепло- и звукопроницаемость;
3) Трудность проверки положения и состояния арматуры в забетонированных конструкциях;
4) Трудность усиления.
5. Три стадии напряженно деформационного состояния при изгибе
Изгибаемые ПН ЖБК под нагрузкой проходят 3 стадии напряженного состояния:
I ст. – работа без трещин в растянутой зоне.
II ст. – элемент работает с трещинами, но напряжения в местах ниже их расчетных сопротивлений
III ст. – разрушение
ПН ЖБК имеют удлиненную I стадию т.е. большую часть времени эти элементы работают без трещин в растянутой зоне, трещины появляются перед разрушением, когда нагрузка составляет 70-75% от разрушающей.
Рассмотрен элемент изготовленный методом натяжения на упоры и имеющий все виды арматуры.
Этап 1. Арматура уложена в форму, но напряжение равно нулю.
Этап 2. Арматура в форме натянута до начальных контролируемых напряжений σsp и σsp1
Этап 3. Элемент забетонирован, бетон твердеет. Из-за релаксации напряжений, податливости зажимов, разности температур, ползучести проходят первые потери ПН σsp1 и напряжения в арматуре уменьшаются на эту величину.
Этап 4. При достижении бетоном достаточной прочности напрягаемая арматура освобождается от упоров и сокращаясь обжимает бетон и ненапрягаемую арматуру.
Этап 5. С течением времени в результате осадки и ползучести бетона появляются вторые потери ПН и тогда напряжения в арматуре Asp σsp –σsn1 –σsn2 –υσbp а в Asp1 σsp1 –σsn11 –σsn21 –υσbp1
Этап 6. После загружения элемента внешней нагрузкой возникает изгиб при этом растягивающее напряжение в Asp увеличивается, а в бетоне растянутой зоны сжимающие напряжения снижаются и могут достигнуть «0», при дальнейшем нагружении наступает стадия Ia, образуются трещины, далее стадия II и III.