Лекция 1
Общие сведения о железобетонных конструкциях
Понятие о железобетоне
Железобетон состоит из бетона и стальных стержней, составляющих с бетоном монолитное целое и работающих с ним совместно.
Бетон, как и другие каменные материалы, обладает значительным сопротивлением, сжимающим напряжениям, и весьма малым сопротивлением растяжению. Прочность бетона на растяжение в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. В связи с этим бетонные (неармированные) конструкции, предназначенные для работы на изгиб или растяжение, были бы очень массивными, нерентабельными и практически неприемлемыми.
Рисунок 1.1 – Расположение основной (рабочей) арматуры в железобетонных элементах:
а – при изгибе; б – при сжатии; 1 – растянутая арматура; 2 – сжатая зона бетона; 3 – трещины в растянутом бетоне; 4 – сжатая арматура
Сталь отлично работает и на сжатие, и на растяжение. Отсюда и появилась идея создания железобетона, в котором сжимающие напряжения воспринимаются бетоном, а растягивающие – стальной арматурой. В изгибаемых железобетонных элементах рабочую арматуру размещают обычно в растянутой зоне в соответствии с эпюрой изгибающих моментов (рисунок 1.1, а).
Конструкции армируют не только при работе их на растяжение и изгиб, но также и при кручении, срезе, внецентренном и осевом сжатии (рисунок 1.1, б). В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьшения размеров сечений элементов и снижения собственной массы конструкций, а также для обеспечения большей их надежности. Разрушение бетонных (неармированных) элементов происходит внезапно (хрупко), в то время как разрушение железобетонных элементов наступает постепенно, что позволяет снизить запас прочности.
Кроме обычных железобетонных конструкций существуют также предварительно напряженные. Предварительное напряжение позволяет эффективно использовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невозможно в обычном железобетоне. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях арматура подвергается предварительному растяжению, а бетон - обжатию. Это достигается одним из двух основных способов.
Рисунок 1.2 – Основные способы изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций:
а – натяжение арматуры на упоры; б – натяжение арматуры на бетон; 1 – натяжение арматуры и бетонирование элемента; 2,4 – готовые элементы; 3 – элемент перед натяжением арматуры; 5 – натяжное приспособление; 6 – анкерное устройство; 7 -- упор
Первый способ (рисунок 1.2, а) заключается в натяжении арматуры на упоры. Перед укладкой бетонной смеси производят натяжение арматуры на упоры. После отвердения бетона арматура освобождается от натяжного устройства и, сокращаясь, производит обжатие бетона.
Второй способ (рисунок 1.2, б) характеризуется натяжением арматуры на затвердевший бетон. Для этого в бетонной конструкции оставляют каналы для армутуры. После твердения конструкции арматуру пропускают через оставленные каналы. Подвергаясь натяжению, она одновременно обжимает бетон. Заполнением цементным раствором каналов или пазов обеспечивается сцепление арматуры с бетоном.
Предварительное напряжение железобетонных конструкций значительно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех частях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение.