3. Арматура как материал для изготовления жбк

Как мы уже установили ранее, основным назначением арматуры является восприятие растягивающих усилий в железобетонных элементах. Помимо этого арматура может использоваться для усиления сжатого  бетона, когда его площади не хватает для  восприятия сжимающих усилий. И в том и в другом случае арматура воспринимает  некоторые усилия, ее положение и площадь поперечного сечения определяются расчетом и такая арматура называется рабочей. Арматура, которая устанавливается по конструктивным или технологическим соображениям называется конструктивной или монтажной. Функциональное назначение арматуры представлено на рис.2.1. Из рисунка видно, что рабочая продольная арматура воспринимает основные растягивающие напряжения в балке, в  колонне воспринимает сжимающие напряжения, отогнутая арматура и хомуты воспринимают вместе с бетоном поперечную силу.  Монтажная арматура служит как для передачи усилий на  стержни рабочей арматуры, так и для изготовления арматурных каркасов. Хомуты служат также для придания железобетонным элементам прочности при сжатии, так как препятствуют поперечным деформациям  и как бы обжимают элемент. Закладные детали служат для приварки стыкуемых элементов, а монтажные петли для подъема их при транспортировке и монтаже.

Рис.2.1. Арматура железобетонных элементов:

1 – продольная арматура; 2 – хомуты; 3 – 3 отогнутые стержни; 4 – монтажная арматура;

5 – монтажные петли; 6 – закладные детали; 7 – балка; 8 – колонна

По технологии изготовления  различают  арматуру стержневую,  проволочную или в виде канатов. Арматура, как стержневая, так и проволочная,  может быть гладкой или периодического профиля. Периодический профиль придается  арматуре для ее  лучшего сцепления с бетоном. Стержневая арматура периодического профиля бывает или обыкновенной, или термически либо  термомеханически  упрочненной, а проволочная арматура может быть упрочнена холодной вытяжкой. Стальные арматурные канаты применяются, в основном, семипроволочные либо  девятнадцатипроволочные. Типы арматуры представлены на рис. 2.2.

Рис.2.2. Виды арматуры:

а – стержневая гладкая класса А-I; б – стержневая периодического профиля класса АII;

в – то же класса АIII и выше; г – проволочная класса Вр-II;

д – семипроволочный канат класса К-7

В зависимости от прочности и способа изготовления арматура подразделяется на ряд классов. Для стальной стержневой арматуры: гладкая класса А-I  -  самой низкой прочности, горячекатаная класса  А-II, с периодическим профилем в виде винтовых линий и двумя продольными ребрами, горячекатаная классов от А-III до А-VI с периодическим профилем в форме «елочки» и также с двумя продольными ребрами и наконец арматурная сталь периодического профиля термически и термомеханически упрочненная классов от Ат-III до Ат-VI. Чем выше цифры в обозначении класса арматуры, тем выше ее прочность. В настоящее время налажено производство арматурных сталей классов А400С и А500С  с расчетными сопротивлениями 3900 кг/см² и 5000 кг/см² соответственно. Эти стали выгодно отличаются от ранее перечисленных тем, что допускают применение дуговой электросварки на крестообразных пересечениях арматурных стержней. Кроме того, они не дороже арматуры класса А-III.  Арматурные  стержни периодического профиля в сортаменте различают по приведенному диаметру, т.е. по диаметру равновеликого по площади поперечного сечения гладкого стержня. Проволочная арматурная сталь подразделяется:  на гладкую обыкновенную класса В-I, так называемую «катанку»,  диаметром 8 и 10 мм, поставляемую в бухтах,  холоднотянутую проволоку периодического профиля класса Вр-I,  высокопрочную гладкую класса В-II  и периодического профиля класса Вр-II, которую иногда называют холоднодавленной арматурой. Канатная арматура представлена семипроволочными канатами класса К-7 и девятнадцатипроволочными канатами класса К-19.

Механические характеристики арматурных сталей определяются испытанием стандартных образцов на растяжение, подобно тому, как испытываются образцы конструкционных сталей. На основании этих испытаний строится диаграмма зависимости  Г_s – µ_s,  (рис. 2.3). По виду этой зависимости арматурные стали делятся на мягкие, имеющие явно выраженную площадку текучести и твердые или упрочненные, без физической площадки текучести.  В последнем случае, по аналогии со сталями для  металлических конструкций  за предел текучести принимается напряжение  Г_0,2  при котором остаточная относительная деформация µ_s = 0,2%. Из диаграмм также следует, что арматурные стали имеют высокий предел упругости, за который принимается напряжение  Г_0,02,  при котором остаточные относительные удлиннения составляют  µ_s = 0,02%.  Прямолинейный участок диаграммы растяжения определяет модуль упругости арматурной стали, который колеблется между величинами  от  180000 до  2100000 кгс/см².  Если более внимательно посмотреть на диаграмму растяжения мягкой стали, то можно заметить, что временное сопротивление   Г_u  значительно больше предела текучести (для арматуры класса АIII  Г_y = 4000, а   Г_u = 6000) и это привело к мысли о возможности повышения прочности арматурной стали. Дело в том, что арматурная сталь подвержена явлению наклепа. Это явление заключается в следующем. Если довести напряжение в стали  Г_s выше предела текучести, например, до напряжения  Г_к,  а затем снять нагрузку, то деформации не вернутся в начало координат, а если затем снова нагрузить образец, то деформирование до напряжения  Г_к  будет происходить линейно и сталь в дальнейшем будет деформироваться как твердая. На этом явлении и основан способ упрочнения стали. Арматурные стержни предварительно вытягивают, тем или иным способом, таким образом, придавая им большую прочность.

Выбор арматурной стали для той или иной конструкции зависит от ее типа, наличия или отсутствия предварительного напряжения,  условий изготовления конструкции и режима ее эксплуатации. Армирование ненапряженных железобетонных конструкций выполняют в виде отдельных стержней, сварных или вязаных каркасов и сварных или вязаных сеток. Сварные каркасы и сетки изготавливают с помощью соединения арматурных стержней между собой в местах их пересечения контактной сваркой или вязкой с помощью проволоки. На заводах контактная сварка механизирована и производится в арматурных цехах, а на строительной площадке выполняется с помощью сварочных клещей. Необходимо отметить, что контактная сварка не снижает прочности рабочей арматуры, если к ней не предъявляют особых требований, тогда как дуговая сварка для этой операции запрещена для всех видов арматуры кроме упомянутых классов А400С и А500С. Вязаные  каркасы и сетки изготавливают на строительных площадках с помощью мягкой (отожженой) проволоки диаметром 0,8 мм. Сетки обычно применяются  для армирования плитных конструкций или пологих оболочек, а плоские и пространственные каркасы для армирования линейных элементов железобетонных конструкций. Типичный плоский каркас представлен на рис.2.4.  

Рис.2.4. Плоские сварные каркасы:

а–д  – для армирования балок; е – для армирования колонн

В сварных каркасах горизонтальные стержни рабочей арматуры могут по вертикали располагаться в несколько рядов с определенным зазором или в два ряда вплотную друг к другу. По горизонтали стержни могут располагаться как с одной, так и с двух сторон от вертикального поперечного стержня.  Сварные сетки бывают плоские и рулонные. Плоские сетки изготавливают из стержневой арматуры любого диаметра, либо из проволочной арматуры диаметром 3 – 5 мм. В этих сетках различают три типа в зависимости от расположения рабочей арматуры:  с поперечной рабочей арматурой, с продольной и с рабочей арматурой в двух направлениях. Длина плоских сеток ограничена длиной поставляемой стержневой арматуры (12 м). Рулонные сетки изготавливают из проволочной арматуры с максимальным диаметром продольных стержней 5 мм и их длина определяется предельным весом рулона. Поставляются рулоны весом от 250 до 500 кг. Вязанные каркасы и сетки применяются в тех случаях когда невозможно применение контактной или дуговой сварки или в конструкциях подверженных действию динамических нагрузок или эксплуатирующихся при температурах ниже -30^о С.  Для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций применяют, при их длине не более 12 м, упрочненную стержневую арматуру классов Ат-V и Ат-VI, а при большей длине -  проволочную арматуру классов В-II и Вр-II и канаты классов К-7 и К-19.

* В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяют A – III. Для косвенного армирования используют Bp – I. Иногда может применяться в качестве рабочей арматуры A – II.  A - I используют в качестве монтажной и для поперечных стержней каркасов.

* В качестве напрягаемой арматуры применяют: Aт - IVс, Aт – V, Aт – VI, A - IV, A – V, A – VI, В – II, Вр – II, К – 7, К – 19.     

* Хорошо свариваются: А–I    –    A–VI, Aт – IIIс, Aт – IVс, Вр – I.

* Нельзя сваривать: Aт – V, Aт – VI, В – II, Вр – II, т.к. теряется эффект упрочнения