19

Раздел 1. Физико-механические свойства

Материалов железобетона и основы метода

Расчета конструкций по предельным состояниям

Лекция 1. Сущность железобетона.

Ежегодный объем производства и применение бетона и железобетона в мировой практике строительства намного опережает другие виды материалов. Благодаря высоким физико-механическим свойствам, доступности исходных материалов, включая отходы других отраслей промышленности, экологической нейтральности по отношению к окружающей среде, низкой энергоемкости железобетон надолго сохранит свою лидирующую роль среди других материалов и конструкций. В обозримой перспективе изделия из железобетона останутся основными, прогрессивными и непрерывно развивающимися конструктивными элементами строительства различных объектов. Одно из важнейших достоинств предварительно напряженных железобетонных конструкций – возможность применения высокопрочных сортов арматурной стали. Однако экономическая эффективность за счет снижения материалоемкости конструкций может быть обеспечена лишь при условии рационального использования высоких механических свойств применяемой арматуры как из стального проката, так и из более прочных материалов.

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной работы в конструкции бетона и стальных стержней.

Эффективность железобетона объясняется следующими его свойствами:

• благодаря хорошему сцеплению арматуры с бетоном, обеспечиваются совместные деформации до определенного уровня напряжений;

• близкие коэффициенты температурного линейного расширения (для стали, приблизительно =1,2×10^-5 град^-1, а для бетона в пределах от =0,7×10^-5 град^-1 до =1,0×10^-5 град^-1 в зависимости от вида бетона);

• бетон надежно защищает арматуру от воздействия агрессивных сред, предохраняет от воз­действия огня при пожаре.

Недостатки железобетонных конструкций:

• большой собственный вес

• раннее образование трещин в растянутой зоне сечения

В момент образования трещин нагрузка на балку составляет всего 15..20 % от предельной. В сечениях с трещиной бетон выключается из работы, а растягивающие усилия воспринимает арматура (рис. 1.1). Стремление уменьшить влияние раннего образования трещин, привело к созданию предварительно напряженных железобетонных конструкций (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Характер образования трещин и разрушения бетонной (а) и железобетонной (б) балок

Предварительное напряжение в 2..3 раза повышает трещиностойкость и жесткость конструкций по сравнению с обычным железобетоном. При этом прочность предварительно напряженных конструкций практически не зависит от величины предварительного напряжения арматуры.

Характер распределения предварительного напряжения в бетоне элементов зави­сит от геометрии сечения элементов, положения в их сечении напрягаемой арматуры, степени ее предварительного на­пряжения, физико-механических свойств бетонa и.

Способы создания предварительного напряжения:

• натяжение на упоры

• натяжение на бетон

• применение напрягающего бетона

Рис. 1.2. Предварительно напряженная балка при натяжении арматуры на упоры (а), возможные эпюры напряжения в бетоне после отпуска напрягаемой арматуры (б) и в стадии разрушения (в)

Таблица 1.1

Ориентировочное сравнение свойств обычных железобетонных и предварительно напряженных конструкций

Свойство	Обычная железобетонная конструкция	Предварительно напряженная конструкция
Прочность бетона fc, МПа	от 15 до 40	от 40 до 100 и более
Вид стали	Низкоуглеродистая	высокоуглеродистая
Прочность арматурной стали fsy (fpy), МПа	от 190 до 500	от 800 до 1800
Собственный вес конструкции (расход бетона)	100 %	40..70 %
Рабочее армирование (расход арматуры)	100 %	30..50 %
Трещиностойкость	допускается образование и развитие трещин, остаются при эксплуатации	полное отсутствие трещин, либо ограниченное их раскрытие, возможность зажатия при снижении нагрузки
Огнестойкость	очень хорошая или хорошая	хорошая
Сопротивление действию циклических нагружений	хорошее до образования трещин	хорошее
Пролет балок, м	до 30	до 300

Технологические особенности изготовления железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции могут быть:

• сборными

• монолитными

• сборно-монолитными

Перспективы развития бетонных и железобетонных конструкций

Приоритетные направления развития и применения железобетона на современном этапе:

–  разработка высокопрочных, быстротвердеющих легких и коррозионностойких бетонов с применением химических добавок; особая роль здесь отводится напрягающим бетонам;

–  разработка новых видов сборных, сборно-монолитных и монолитных железобетонных конструкций с высокой унификацией изделий и создание прогрессивных конструктивных систем зданий и сооружений на их основе;

–   создание новых типов стальной и неметаллической арматуры;

–   создание прогрессивных, высокомеханизированных и автоматизированных технологий бетонных и арматурных работ, внедрение безопалубочного формования массовых предварительно напряженных конструкций на длинных стендах с минимальным расходом энергоносителей и использованием высокопрочной арматурной стали и высокопрочных бетонов;

–   совершенствование опалубок и технологии возведения монолитного железобетона;

–   повышение долговечности и надежности бетонных и железобетонных конструкций;

–    совершенствование методов контроля качества бетона и арматуры, методов обследования и усиления конструкций зданий и сооружений;

–    совершенствование на базе новых экспериментальных исследований теории расчета и конструирования железобетонных конструкций, в том числе с использовани­ем современного программного обеспечения расчетов на ЭВМ.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем состоит сущность железобетона?

2. Что произойдет при изменении температуры, если в бетоне ( ) установить арматуру из алюминиевых сплавов ( )?

3. Каковы преимущества и недостатки железобетона?

4. Каковы основные этапы развития железобетона?

5. Каковы пути совершенствования железобетонных конструкций?

Лекция 1.1 требования по конструированию

железобетонных конструкций

1.1. Защитный слой бетона

 Требования по долговечности бетонных и железобетонных конструкций обеспечиваются выполнением расчетных условий предельных состояний, а также конструктивными требованиями, изложенными ниже, в зависимости от классов по условиям эксплуатации конструкции, приведенных в СНБ 5.03.01-02. Под условиями эксплуатации принято понимать физические и химические условия окружающей среды, в которой эксплуатируется как вся конструкция, так и ее отдельные элементы. Условия эксплуатации не включают эффектов от действия нагрузки.

Толщину защитного слоя бетона принимают из условий защиты арматуры от коррозии, воздействия огня и обеспечения ее совместной работы с бетоном. Минимальное расстояние между поверхностью стержней продольной арматуры и ближайшей поверхностью бетона элемента (защитный слой бетона) ограничивается величинами, указанными в СНБ 5.03.01-02 с учетом класса по условиям эксплуатации. Для сборных конструкций допускается снижать размер защитного слоя бетона на 5 мм по сравнению с указанными в нормах, но он не должен быть меньше 20 мм.

Толщина защитного слоя бетона не должна быть менее

– диаметра арматуры (если он не превышает 40 мм);

– максимального размера заполнителя (если он меньше 32 мм)

– максимального размера заполнителя плюс 5 мм (если он больше 32 мм).

Толщину защитного слоя бетона поперечной и распределительной арматуры конструкций, работающих в условиях нормальной и слабоагрессивной среды, соответствующих классам Х0, ХС1, ХА1 следует принимать не менее 20 мм. При увеличении степени агрессивности среды на каждую ступень размер защитного слоя бетона дополнительно следует увеличивать на 5 мм.