2. Арматура для железобетонных конструкций

Арматурой называют стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с расчетом, конструктивными и производственными требованиями. Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают для восприятия растягивающих напряжений или усиления сжатого бетона. В качестве арматуры применяют в основном сталь. В ряде случаев возможно применение и других материалов, например стеклопластика, обладающего высокой прочностью, химической стойкостью.

Рис. 2.1. Расположение арматуры в изгибаемых (а, б) и сжатых (в) элементах: 1 — рабочая арматура; 2 — конструктивная арматура; 3 — монтажная арматура

Однако этот материал значительно дороже стали и его целесообразно применять лишь в конструкциях, к которым предъявляются специальные требования коррозионной стойкости, электроизолирующей способности и немагнитности.

2.1. Виды арматуры

1. По материалу:

   1. стальная;

   2. стеклопластиковая;

   3. углепластиковая.

2. По назначению:

   1. рабочая – это арматура, которая определяется расчетом и обеспечивает прочность конструкции;

   2. конструктивная – это арматура, которая также обеспечивает прочность конструктивных элементов и узлов, но расчетом не определяется, а устанавливается из практики проектирования и эксплуатации конструкций;

   3. арматура косвенного армирования – это арматура, устанавливаемая в сжатых элементах в основном в местах больших локальных напряжений, для сдерживания поперечных деформаций;

   4. монтажная – арматура, служащая для обеспечения проектного положения рабочей и равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры.

3. По способу изготовления:

   1. стержневая, горячекатаная (d = 6…40 мм);

   2. проволочная, холоднотянутая (d = 3…6 мм).

4. По виду поверхности:

   1. гладкая;

   2. периодического профиля (рифленая).

5. По способу применения:

   1. напрягаемая, подвергнутая предварительному натяжению до эксплуатации;

   2. ненапрягаемая.

6. По изгибной жесткости:

   1. гибкая (стержневая и проволочная);

   2. жесткая (из прокатных профилей).

7. По способу упрочнения:

   1. термически упрочненная, т.е. подвергнутая термической обработке;

   2. упрочненная в холодном состоянии – вытяжкой или волочением.

По способу изготовления различают арматуру горячекатаную стержневую (получаемую способом проката) и холоднотянутую проволочную (изготовляемую путем вытяжки в холодном состоянии).

По профилю поверхности различают арматурные стали гладкие и периодического профиля (рис. 2.2). Последние обладают лучшим сцеплением с бетоном и в настоящее время являются основной арматурой.

П о способу применения арматуру делят на напрягаемую и ненапрягаемую.

Рис. 2.1. Арматура периодического профиля: а, б — стержневая; в — проволочная

2.2 Физико-механические свойства

Эти свойства арматуры зависят от химического состава, способа производства и обработки. В мягких сталях содержание углерода составляет обычно 0,2…0,4 %. Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности при одновременном снижении деформативности и свариваемости.

Повышение прочности сталей достигают следующими методами:

• путем введения углерода и легирующих добавок (марганец, хром, кремний, титан и др.);

• термическим упрочнением - закаливание стали (нагрев до 800…900^оС и быстрое охлаждение), затем частичный отпуск (нагрев до 300…400^оС и постепенное охлаждение);

• холодным деформированием – при вытяжке в холодном состоянии до напряжения сталь упрочняется; при повторной вытяжке пластические деформации уже выбраны, напряжение становится новым искусственно поднятым пределом текучести ;

• холодным волочением - волочение через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий в холодном состоянии для получения высокопрочной проволоки.

Рис. 2.3 Диаграммы деформирования арматурных сталей: 1 – мягких; 2 – низколегированных и термически упрочненных; 3 – высокопрочной проволоки; 4 – механически упрочненных вытяжкой

Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой «напряжения — деформации», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм « » подразделяются (рис. 2.3) на: 1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали); 2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколегированные, термически упрочненные стали); 3) стали с линейной зависи­мостью «0—е» почти до раз­рыва (высокопрочная прово­лока).е характеристики: для сталей вида / — физический предел текучести _у; для сталей видов 2 и 3 — условный предел текучести _0,2, принимаемый равным напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2 %, и условный предел упругости , при котором остаточные деформации 0,02 %. Помимо этого харакеристиками диаграмм являются предел прочности (временное сопротивление) и предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали. Малые предельные удлинения могут послужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие пластические свойства сталей создают благоприятные условия для работы железобетонных конструкций (перераспределение усилий в статически неопределимых системах, при интенсивных динамических воздействиях и т. п.).

К физическим свойствам сталей относятся:

• Пластические свойства – характеризуются относительным удлинением при испытании на разрыв. Снижение пластических свойств приводит к хрупкому (внезапному) разрыву арматуры;

• Свариваемость - способность арматуры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин, каверн и других дефектов в зоне сварного шва. Хорошей свариваемостью обладают горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сваривать термически упрочненные стали (кроме специальных «свариваемых») и упрочненные вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения.

• Реологические свойства характеризуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть арматурных сталей проявляется лишь при больших напряжениях и высоких температурах. Более опасна релаксация — падение напряжений во времени при неизменной длине образца (отсутствии деформаций). Релаксация зависит от химического состава стали, технологии изготовления, напряжения, температуры и др. Она наиболее интенсивно протекает в первые часы, но может продолжаться длительное время. Учет ее важен при расчете предварительно напряженных конструкций.

• Усталостное разрушение наблюдается при действии многократно повторяющейся нагрузки при пониженном сопротивлении и носит хрупкий характер. Прочность при многократно повторной нагрузке (предел выносливости) арматуры зависит от числа повторений нагрузки п и характеристики цикла нагружения .

• Динамическое упрочнение имеет место при действии кратковременных (t<1с) динамических нагрузок большой интенсивности (взрывных, сейсмических). Превышение динамического предела текучести над ста­тическим объясняется запаздыванием пластических деформаций и зависит от химического состава стали и скорости деформации. Для мягких сталей = (1,2... 1,3) .