3.3. Спільна робота сталевої арматури з бетоном

Однією з умов надійності залізобетону є спільна робота арматури з бетоном. Вона зумовлена рівністю деформацій арматури та бетону у стиснутій і розтягнутій зонах до моменту утворення тріщин. Ця рівність зберігається і після утворення тріщин на ділянках між ними аж до руйнування.

Щоб висмикнути або розірвати забетонований стержень після того, як бетон затужавіє, необхідно прикласти до стержня певну силу F (рис. 3.3, а). Довжину анкерування арматурних стержнів l_an (довжина закріплення їх у бетоні), яка забезпечує досягнення розрахункових напружень в арматурі визначають за формулою

, (3.1)

але не менш, як Для стержньової арматури періодичного профілю _an = 0,7 та 0,5; = 11 та 8; _an= 20 та 12; l_an не менш як 250 та 200 мм (перші значення для розтягнутої арматури в розтягнутому бетоні, другі — для стиснутої або розтягнутої арматури в стиснутому бетоні).

У стиснутих стержнях необхідна довжина анкерування зменшується, оскільки діаметр арматури збільшується в результаті поперечного розширення сталі при стисканні (рис. 3.3, б).

У разі висмикування стержня з бетону спочатку максимальні напруження зчеплення будуть поблизу зовнішньої грані (епюра 1 на рис. 3.3, в). Із збільшенням зусилля в міру порушення зчеплення між бетоном та арматурою епюра напружень зміщується, займаючи положення 2 та 3, що може призвести до висмикування стержня з бетону. Необхідне середнє значення зчеплення, яке гарантує анкерування стержня, визначають з рівняння

звідки

, (3.2)

де  — коефіцієнт повноти епюри зчеплення; u — периметр стержня.

Рис. 3.3. Зчеплення арматури з бетоном: а — при висмикуванні стержня; б — те саме, при продавлюванні; в — послідовність зміни епюри напружень в бетоні під час висмикування стержня (1...3); г – зчеплення арматури з бетоном, обумовлене склеюванням сталі з бетоном; д — те саме, обтискуванням арматурного стержня бетоном, спричинене усадкою; е — те саме, механічним зчепленням при гладкій арматурі; ж — те саме, періодичного профілю; з — те саме, у зварних сітках та каркасах; 4 — арматурний стержень; 5 — зрізуваний бетон

Зчеплення залежить від трьох факторів: від склеювання арматури з бетоном, від зусилля тертя арматури об бетон, спричиненого усадочними деформаціями і від механічного зчеплення арматури в бетоні. Розглянемо вплив і роль кожного з цих факторів.

Гель цементного каменю має клеючу здатність і, твердіючи, склеює метал з бетоном. Щоб відірвати металеву пластинку від поверхні затужавілого бетону, необхідно прикласти силу F (рис. 3.3, г). В разі виготовлення залізобетонних конструкцій у металевій опалубці поверхню її змащують, щоб запобігти склеюванню бетону з формою. Міцність склеювання невелика — 0,2...0,5 МПа.

Під час тужавлення бетону розвиваються деформації усадки. Бетон зменшується в об’ємі і обтискає арматуру (рис. 3.3, д). Чим більше це обтискування, тим більші сили тертя доводиться долати під час переміщення арматури відносно бетону. Опір зсуву арматури, спричинений усадкою бетону, становить 10...15% від загального зчеплення.

Навіть порівняно гладка поверхня арматури має нерівності, заповнювані бетоном. Для зсування стержня потрібно прикласти зусилля, здатне зрізати бетон, що заповнив нерівності по периметру арматури. Чим більші нерівності на поверхні арматури, тим більший об’єм зрізуваного бетону і тим більше зусилля висмикування (рис. 3.3, е) Тому для поліпшення зчеплення арматури з бетоном на її поверхні створюють періодичний профіль (рис. 3.3, ж).

Найгладшу поверхню має холоднотягнутий високоміцний дріт В-ІІ, внаслідок чого у нього мале механічне зчеплення. Щоб поліпшити зчеплення з бетоном холоднотягнутий дріт випускають періодичного профілю, який утворюється в результаті сплющування циліндричної поверхні ум’ятинами з заданим кроком (класи Вр-І, Вр-ІІ).

Дріт Вр-І рекомендується застосовувати в основному в зварних сітках та каркасах, де поперечні стержні, з’єднані точковим зварюванням, є анкерами, що забезпечують механічне зчеплення стержнів, до яких їх приварюють (рис. 3.3, з).