52

КРАТКИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ КУРСА

«ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ» для ПГСу и ПГСсп, ч.1

Оглавление

№	Наименование темы	лек	стр
1	Сущность железобетона. Достоинства и недостатки	1	2
2	Прочностные свойства бетона Виды бетона Структура Классы и марки	1	3
3	Деформативные свойства. модуль упругости, предельные деформации	1	7
4	Назначение, классификация арматуры. Характеристики механических свойств. Арматурные изделия	1
5	Железобетон. Сцепление арматуры с бетоном	1	9
6	Основные положения метода расчета сечений по допускаемым напряжениям, по разрушающим усилиям, по предельным состояниям	2	13
7	Метод расчета сечений по предельным состояниям.	2	18
8	Нагрузки и воздействия. Нормативные и расчетные значения нагрузок и характеристик материалов	2
9	Стадии НДС железобетонных элементов под нагрузкой и характер разрушения при растяжении, изгибе и внецентренном сжатии	2	24
10	Расчет изгибаемых элементов по нормальным сечениям. Элементы прямоугольного сечения с одиночной арматурой	3	26
11	Расчет изгибаемых элементов по нормальным сечениям. Элементы прямоугольного сечения с двойной арматурой	3
12	Расчет изгибаемых элементов по нормальным сечениям. Элементы двутаврового и таврового профиля	3	27
13	Расчет прочности по наклонным сечениям.	3	31
16	Расчет сжатых элементов с учетом случайных эксцентриситетов	4
17	Расчет внецентренно сжатых элементов симметричного профиля.	4
18	Особенности расчета по 2 группе предельных состояний. Трещиностойкость, и деформативность железобетонных элементов	4
19	Расчет по образованию трещин изгибаемых элементах Определения моментов образования трещин по способу ядровых моментов	4
21	Расчет ширины раскрытия трещин	5
22	Кривизна оси и жесткость изгибаемых элементов на участках элементов без трещин и с трещинами в растянутых зонах	5
23	Расчет прогибов изгибаемых железобетонных элементов	5
24	Классификация фундаментов. Сборные и монолитные	6
25	Расчет отдельно стоящего фундамента под колонну.	6
14	Правила конструирования железобетонных конструкций	6
15	Конструктивные особенности внецентренно сжатых монолитных и сборных железобетонных конструкций	6

План, темы

	6 СЕМЕСТР (24 час - ПГСу-2, 18 час – ПГСсп-2)
1 2 . 2.1	Введение. Сущность железобетона. Области применения железобетона Основные свойства, условия, обеспечивающие совместную работу бетона и арматуры. Монолитные, сборные и сборно-монолитные железобетонные конструкции. Основные свойства бетона, арматуры и железобетона БЕТОН Классификация бетонов для железобетонных конструкций Структура бетона. Классы бетона по прочности на сжатие, на осевое растяжение, Марки по морозостойкости, по водонепроницаемости, по самонапряжению, Прочность бетона, факторы, влияющие на прочность. Изменение во времени. Призменная прочность бетона при сжатии. Прочность бетона при длительном и многократном загружении. Особенности свойств других типов и видов бетонов.
2.3	Деформативные свойства. Деформация бетона при кратковременном, длительном и многократно-повторном загружениях. Начальный модуль упругости бетона. Модуль полных деформаций и модуль упруго- пластичности бетона. Усадка и набухание бетона. Предельные деформации бетона при сжатии и растяжении Особенности производства сборного и монолитного бетона, технологические схемы (конвейерная, поточная, агрегатная, стендовая).
2.4	АРМАТУРА. Назначение арматуры. Классификация арматурных сталей по технологии изготовления, по форме поверхности, по механическим свойствам. Классы и марки арматурных сталей. Характеристики механических свойств. Предел текучести физический и условный, временное сопротивление, относительное удлинение Модуль упругости арматурных сталей. Влияние нагрева, хладноломкость, свариваемость. Арматурные изделия: сварные сетки и каркасы. Стыки и соединения арматурных стержней. Стальные закладные детали.
2.5	ЖЕЛЕЗОБЕТОН Совместная работа, сцепление бетона и арматуры,. Усадка и ползучесть бетона при наличии арматуры. Коррозия железобетона и меры защиты от нее.
3	Экспериментальные основы теории сопротивления железобетона. Положения метода расчета по допускаемым напряжениям, по разрушающим усилиям, по Метод расчета сечений по предельным состояниям, 1 и 2 группа. Нормативные и расчетные значения нагрузок и характеристик материалов.
4.	Три стадии НДС (напряженно-деформированного состояния) железобетонных элементов под нагрузкой и характер разрушения при растяжении, изгибе и внецентренно сжатии. Разрушение по растянутой зоне - случай 1,разрушение по сжатой зоне-- случай 2. Граничное значение высоты сжатой зоны бетона.
5. 5.1 5.2	Изгибаемые элементы. Расчет изгибаемых элементов по нормальным сечениям. Элементы прямоугольного сечения с одиночной арматурой, с двойной арматурой. Особенности расчета прочности элементов двутаврового и таврового профиля. Границы применения расчетных формул Расчет прочности по нормальным сечениям элементов с несущей арматурой Расчет прочности по наклонным сечениям.
5.3	Правила конструирования и армирования сборных и монолитных элементов железобетонных конструкций (плит, балок, ригелей).Сведения о конструкции сборных и монолитных плит, панелей и балок. Армирование элементов сварными сетками, каркасами, отдельными стержнями, несущей арматурой из фасонного проката Рациональные формы сечений изгибаемых элементов. Основы расчета и армирование неразрезных балок и плит.
6 6.1 6.2	Сжатые элементы Конструктивные особенности центрально и внецентренно сжатых монолитных и сборных железобетонных конструкций. Расчет внецентренно сжатых элементов симметричного профиля: случай 1 и случай 1 и 2. Растянутые элементы Конструкции и расчет прочности центрально и внецентренно растянутых элементов при больших и малых эксцентриситетах.
7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6	Трещиностойкость, и деформативность железобетонных элементов Расчет по образованию трещин в изгибаемых элементах. Определения моментов образования трещин по способу ядровых моментов. Расчет по образованию наклонных трещин. Расчет ширины раскрытия трещин. Кривизна оси и жесткость изгибаемых элементов на участках элементов с трещинами в растянутых зонах. Расчет перемещений (прогибов) элементов, не имеющих трещин в растянутых зонах и элементов, имеющих участки с трещинами в растянутых зонах.
8.1 8.2	Классификация фундаментов. Сборные и монолитные Расчет отдельно стоящего фундамента под колонну.

Лекция 1

Введение. Сущность железобетона.

Условия, обеспечивающие совместную работу бетона и арматуры:

1) при твердении бетона между ним и стальной арматурой возникают значительные силы сцепления, вследствие чего в железобетонных элементах под нагрузкой оба материала деформируются совместно;

2) плотный бетон (с достаточным содержанием цемента) защищает заключенную в нем стальную арматуру от коррозии, а также предохраняет арматуру от непосредственного действия огня;

3) сталь и бетон обладают близкими по значению температурными коэффициентами линейного расширения, поэтому при измененн­ых температуры в пределах до 100 °С в обоих материа­лах возникают несуществен­ные начальные напряжения; скольжения арматуры в бетоне не наблюдается.

Бетонная балка (без армату­ры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне испытывает растяжение, в другой зоне сжатие (рис. 1,а); такая балка имеет малую несущую способность вследствие слабого сопротивления бетона растяжению.

Та же балка, снабженная арматурой, размещенной в растяну­той зоне (рис. 1,6), обладает более высокой несущей способностью, которая значительно выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки.

Раскры­тие трещин в бетоне растянутой зоны при действии эксплуатационных нагрузок во многих конструкциях невелико и не мешает их нормальной эксплуатации. Однако на практике часто возникает необходимость предотвратить образо­вание трещин или ограничить ширину их раскрытия, тогда бетон заранее, до приложения внешней нагрузки, подвергают интенсивному обжатию - обычно посредством натяжения арматуры. Такой желе­зобетон называют предварительно напряженным.

Рис.1.1 Элементы под нагрузкой

Области применения железобетона .

Достоинства ЖБК: долговечность, огнестойкость, стойкость против атмосферных воздействий, малым эксплуатационным расходам на содержание зданий и сооружений, возможность создания конструкций любой конфигурации (монолитный ЖБ).и др. Вследствие почти повсеместного наличия крупных и мелких заполнителей, в больших количествах идущих на приготовление бетона, железобетон доступен к применению практически на всей территории страны.

Недостатки: высокая масса железобетона, низкая трещиностойкость

По способу выполнения различают железобетонные конструкции сборные, изготовляемые на заводах стройиндустрии и затем монти­руемые на строительных площадках, монолитные, возводимые на месте строительства, и сборно-монолитные, которые образуются из сборных железобетонных элементов и монолитного бетона.

Сборные железобетонные конструкции

Достоинства:

Высокое качество конструкций, снижение трудоемкости работ на монтаже

устранение подмостей и опалубки, сокращение сроков строи­тельства.

монтаж зданий и сооружений из сборного железобетона в зимний период

Недостатки сборных железобетонные конструкции:

Наличие швов, Металлические закладные детали, формы для изготовления изделий,

Ограничение архитектурных возможностей помещений, всего здания.

Монолитные железобетонные конструкции

Достоинства:

Отсутствие швов, закладных деталей, металлических форм для изготовления изделий, неограниченные архитектурные возможности, снижение расхода материалов, высокая пространственная устойчивость здания

Недостатки:

(по сравнению со сборными конструкциями) отсутствие должного контроля и невысокое качество изделий, повышенная трудоемкость работ на монтаже, наличие подмостей и опалубки, увеличенные сроки строи­тельства, сезонность работ, сложности производства работ в зимнее время.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции

Включают достоинства и недостатки сборных и монолитных изделий.

ГЛАВА.I.ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА, СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

1.1. БЕТОН

1. Бетон для железобетонных конструкций

Бетон должен обладать заданными физико-механическими свойствами: необхо­димой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью (непроницаемостью) для защиты арматуры от коррозии.

Бетоны подразделяют по ряду признаков:

а) структуре — плотной структуры, крупнопористые малопесчаные и беспесчаные; поризованные, яче­истые с искусственно созданными замкнутыми порами;

б) средней плотности — особо тяжелые со средней плотностью более 2500 кг/м³; тяжелые — со средней плот­ностью более 2200 и до 2500 кг/м³; облегченные со средней плотностью более 1800 и до 2200 кг/м³; легкие со средней плотностью более 500 и до 1800 кг/м³;

в) виду заполнителей – на плотных заполнителях (песчаника, гранита, диабаза и др); пористых заполнителях (перлит, пемза, ракушечник и керамзит, шлак др), специальных заполнителях, удовлетворяющих требованиям биологической защиты, жаростойкости .

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.

Фак­торы, влияющие на прочность бетона: зерновой состав (его подбирают так, чтобы объем пустот в смеси заполнителей был наименьшим), проч­ность заполнителей и характер их поверхности, марка цемента и его количество, количество воды и др.

2. Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность

Схема физико-химического про­цесса образования 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 W/С (отношением взве­шенного количества воды к количеству цемента в едини­це объема бетонной смеси). Для химического соединения с цементом необходимо, чтобы W/С≈0.2 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 W/С=0,5...0,6, а жест­кие бетонные смеси, заполняющие форму под влиянием механической виброобработки, имеют WС=0.3…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 W/С пористость цементного камня уменьшается и прочность бетона уве­личивается. Поэтому в заводском производстве железо­бетонных изделий применяют преимущественно жесткие бетонные смеси с возможно меньшим значением W/С. 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.