1. Возникновение и развитие железобетонных конструкций. Общие сведения.

Сущность железобетона. Под строительными конструкциями подразумеваются рамы, фермы, оболочки и другие составляющие зданий, целые инженерные сооружения (резервуары, башни, мосты, бункера, подпорные стены, мачты и т. д.), а также более простые их элементы (балки, колонны, стены, стойки, раскосы и др.).

Железобетон представляет собой искусственный материал, в котором под нагрузкой совместно работают бетон и арматура (в основном стальная), рационально расположенная в растянутых и наиболее сжатых зонах конструкций. Бетон (искусственный камень) обладает большой прочностью при сжатии, однако с малой прочностью на растяжение (в 10…20 раз меньше), что практически не позволяет применять его в качестве растянутых и изгибаемых несущих конструкций. Поэтому растягивающие усилия передаются арматуре, которая в виде стержней вводится в растянутые зоны конструкций (рис. 1).

Совместная работа арматуры и бетона, т. е. одинаковые деформации их смежных волокон, обеспечивается:

- хорошим сцеплением бетона и арматуры;

- близкими по величине коэффициентами линейного расширения;

- плотностью бетона, защищающего стальную арматуру от коррозии и непосредственного действия высоких температур.

Растянутые элементы разрушаются по арматуре. Изгибаемые элементы разрушаются либо по растянутой арматуре, либо по сжатому бетону над концом нормальной или наклонной трещины. Разрушение сжатых элементов происходит вследствие раздробления бетона после преодоления его сопротивления отрыву при появлении многих трещин, параллельных продольной оси элемента (рис. 1).

Для повышения трешиностойкости и жесткости растянутых и изгибаемых элементов, а также лучшего использования сопротивления растяжению высокопрочной арматуры она подвергается предварительному натяжению. Предварительные растягивающие напряжения арматуры передаются на затвердевший бетон, который тем самым подвергается предварительному обжатию.

Рис. 1.

Достоинства и недостатки железобетона.

Достоинства:

- долговечность;

- экономичность;

- хорошая сопротивляемость динамическим ударным и вибрационным воздействиям;

- огнестойкость.

Недостатки:

- большая масса конструкций;

- собственные напряжения, вызываемые усадкой бетона и температурно-влажностными воздействиями окружающей среды;

- требуется более качественный контроль за производством работ.

Способы изготовления и возведения железобетонных конструкций. Железобетонные конструкции могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

Способы изготовления сборных элементов:

- агрегатный – перемещение изделий от одной установки к другой;

- конвейерный (поточно-агрегатный) – перемещение всех форм по замкнутому конвейерному кольцу;

- стендовый – происходит поочередное перемещение агрегатов к форме изделия;

- кассетным способом, позволяющим формовать стеновые и другие плоские элементы в вертикальном положении в стационарных формахкассетах.

Бетонирование монолитных конструкций производится в стационарной, переставной или скользящей опалубке, собираемой из унифицированных щитов многократного использования, после установки и укрепления арматурных каркасов, сеток и стержней. Подача бетонной смеси к месту опалубки монолитных конструкций и ее распределение производятся грузоподъемными кранами, трубчатыми подъемниками, ленточными конвейерами. трубопроводами с помощью пневмонагнетателей или бетононасосов, бетоноукладчиками со скользящими формами, торкретированием и т. д. Уплотнение бетонной смеси производится внутренними, глубинными или поверхностными вибраторами.

Развитие железобетонных конструкций и область их применения. В 1849-1850 гг. француз И. Ламбо построил лодку из армированного цемента. В 1854 г. англичанин В. Уилкинсон получил патент на конструкцию огнестойкого перекрытия из армированного бетона и в 1865 г. построил железобетонный домик.

В 1892 г. француз Ф. Геннебик предложил ребристые железобетонные перекрытия и другие армированные конструкции. В 1900 г. на Парижской выставке железобетон был официально признан надежным строительным материалом. В 1886 г. американец П. Джексон предложил применять предварительное обжатие бетона при строительстве мостов. В 1928 г. француз Э. Фрейсинэ получил патент на использование напрягаемой арматуры из стали высокой прочности.

В России впервые железобетон был использован в 1879 г. Д.Ф. Жаринцевым при строительстве стен зданий в г. Батуми. Испытания плит, балок и мостов, выполненны в 1891 г. под руководством Н. А. Белелюбского.

В 1904 г. в Николаевском порту был построен железобетонный маяк высотой 40,2 м. Знаменитый математик и конструктор А. Ф. Лолейт в 1908 - 1909 гг. разработал безбалочные железобетонные перекрытия. С этого момента железобетон начал постепенно вытеснять сталь и дерево из несущих конструкций зданий и сооружений.