5 Для чего бетону арматура?

Бетон – это искусственный камень. Его прочность на сжатие намного (в 10...20 раз) превосходит прочность на растяжение. Поэтому бе­тон, как и природный камень, используют в тех частях зданий и сооружений, которые работают преимущественно на сжа­тие: в фундаментах, стенах, сводах, опорах мостов и т.п. Для изгибаемых элементов – балок, плит – бетон не годится: он разрушится от разрыва растянутой зоны при очень небольших нагрузках, задолго до исчерпания прочности сжатой зоны.

Если в растянутую зону ввести стальную арматуру (стержни, канаты и т.п.) и обеспечить ее надежное сцепление с бетоном, то после образования трещин она возьмет на себя все растягивающие усилия, оставив бетону только сжимающие. (А прочность арматуры на растяжение в сотни раз выше, чем у бетона.) Таким образом, изгибающему моменту будет сопротивляться внутренняя пара сил: сжимающая в бетоне и растягивающая в арматуре. Забегая вперед, отметим, что часто требуется устанавливать арматуру и в сжатом бетоне (см. главы 3 и 4).

6.Виды разрушений

Разрушение происходит по одной из трех схем.

1. Раздавливание тонкой стенки (ребра) по наклонной полосе между трещинами от действия главных сжимающих напряжений _mc (рис. 40,а). Чем выше прочность бетона R_b и чем больше толщина стенки b, тем лучше стенка сопротивляется действию _mc (при этом R_b повышается с увеличением интенсивности поперечного армирования, играющего для бетона роль обоймы, аналогичную сеткам косвенного армирования). Увеличение рабочей высоты сечения h_o уменьшает касательные напряжения _xy, а вместе с ними  и _mc.

Прочность наклонной полосы проверяют по эмпирической формуле: Q  0,3_w1_b1R_bbh_o, где _w1 и _b1  коэффициенты, учитывающие интенсивность поперечного армирования и вид бетона, Q  максимальная величина поперечной силы (как правило, это опорная реакция). Требования к прочности наклонной полосы являются главной причиной, почему у тавровых и двутавровых балок с тонкой стенкой устраивают уширения на опорах.

Рис. 40

2. Взаимный сдвиг двух частей изгибаемого элемента, разделенных наклонной трещиной (рис. 40,б). Сдвиг вызывается поперечной силой Q, а сопротивляется ей поперечная S_w, отогнутая S_inc арматура и бетон сжатой зоны, работающий на срез. При такой схеме наклонное сечение рассчитывают на действие поперечной силы, а условие прочности записывают в виде: Q  Q_u, где Q – поперечная сила от внешней нагрузки, находящейся по одну сторону от наклонного сечения, Q_u – несущая способность наклонного сечения. Из рис. 40,б видно, что сдвигу сопротивляется и продольная арматура, работающая на срез и изгиб (в ней возникают т.н. «нагельные» усилия), однако в расчетах ее, как правило, не учитывают.

3. Взаимный поворот относительно точки О двух частей изгибаемого элемента, разделенных наклонной трещиной (рис. 40,в), который вызывается действием изгибающего момента М. Ему сопротивляется продольная S, поперечная S_w и отогнутая S_inc арматура, а условие прочности записывают в виде: М  М_u. Точка поворота О находится в точке приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне.

7. Графическая интерпритация

8.Прочность таврового сечения

Если все параметры сечения известны (размеры, армирование и класс бетона), то вначале нужно определить, где проходит граница сжатой зоны: х = (N_s  N_s)/(R_bb_f) = (R_sA_s  R_scA_s)/(R_bb_f). Если х  h_f (рис. 34,а), то граница сжатой зоны проходит в полке и расчет ничем не отличается от расчета прямоугольного сечения (с заменой b на b_f в расчетных формулах).