МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА
КАФЕДРА ЗАЛІЗОБЕТОННИХ І КАМ’ЯНИХ КОНСТРУКЦІЙ ТА ОПОРУ МАТЕРІАЛІВ
ДОВЖЕНКО О.О., ПОГРІБНИЙ В.В., ПІНЧУК Н.М.
Конспект лекцій
із дисципліни «Будівельні конструкції»,
змістовий модуль «Кам’яні та залізобетонні конструкції»
для студентів напряму підготовки 6.060101 «Будівництво»
освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр»
усіх форм навчання
Полтава 2014
УДК 624.01 (07)
ББК 38.5я7
В Д65
Рецензент − Є.В. Клименко, д.т.н., проф. завідувач кафедри будівельних конструкцій Одеської державної академії будівництва та архітектури.
Затверджено і рекомендовано до друку науково-методичною радою Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка
Протокол № 4 від 30.06.2011 р
Довженко О.О., Погрібний В.В., Пінчук Н.М.
Конспект лекцій з дисципліни «Будівельні конструкції», змістовий модуль «Кам’яні та залізобетонні конструкції», для студентів напряму підготовки 6.060101 «Будівництво» освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» усіх форм навчання. – Полтава: ПолтНТУ, 2014. – 152 с.
Конспект лекцій призначено для вивчення лекційного курсу студентами вищих навчальних закладів напряму підготовки 6.060101 «Будівництво» денної та заочної форм навчання.
©
Довженко О.О., Погрібний В.В., Пінчук
Н.М., 2014
ЗМІСТ
ЗАЛІЗОБЕТОННІ Й КАМ’ЯНІ КОНСТРУКЦІЇЇ ТА ЇХ РОЛЬ У ЗВЕДЕННІ БУДИНКІВ І СПОРУД |
|
Лекція №1 |
|
1.1 Суть залізобетону…………………………………………….……... |
7 |
1.2 Короткий історичний нарис виникнення залізобетонних конструкцій…………………………………………………………………….. |
10 |
1.3 Властивості та галузі застосування залізобетонних конструкцій……………………………………………………………………... |
14 |
1.4 Поняття про попередньо напружені конструкції…………………. |
15 |
Лекція №2 |
|
2.1 Класифікація залізобетонних конструкцій за напруженим станом і призначенням. Види ЗБК за способом їх спорудження………...………….. |
18 |
2.2 Матеріали для кам’яних і армокам’яних конструкцій. Частини будинків і споруд, які виконують із каменю ………………………………… |
21 |
МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ І КАМ’ЯНИХ КОНСТРУКЦІЙ ТА ЇХ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ |
|
Лекція № 3 |
|
ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ, МІЦНІСТЬ БЕТОНУ |
|
3.1 Види бетону. Структура бетону та її вплив на міцність і деформативність……………………………………………………………….. |
25 |
3.2 Міцність бетону: загальні відомості, вік бетону та умови його твердіння, міцність бетону при стисканні (кубикова і призмова міцність), міцність при місцевому стискання (зминанні), міцність бетону при зрізі й сколюванні, вплив на міцність бетону багаторазово повторюваних та тривало діючих навантажень, клас бетону за міцністю ………………..…… |
27 |
Лекція №4 |
|
ДЕФОРМАТИВНІСТЬ БЕТОНУ |
|
4.1 Несилові деформації бетону ………………………………………. |
39 |
4.2 Силові деформації бетону: деформації бетону при короткочасній дії навантаження, деформації бетону при тривалій дії навантаження, повзучість бетону, деформації бетону при багаторазово повторюваному навантаженні, граничні деформації бетону, модуль деформацій бетону….. |
42 |
Лекція №5 |
|
АРМАТУРА ДЛЯ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ |
|
5.1 Види арматури за призначенням …………………………………... |
48 |
5.2 Фізико-механічні властивості арматурної сталі ………………….. |
49 |
5.3 Класифікація арматури ……………………………………………... |
53 |
5.4 Арматурні вироби ………………………………………………...... |
55 |
5.5 Стики й перетини арматури ………………………………………... |
58 |
Лекція №6 |
|
ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЗАЛІЗОБЕТОНУ |
|
6.1 Усадка та повзучість залізобетону.………………………………… |
64 |
6.2 Зчеплення арматури з бетоном.…………………………………….. |
66 |
6.3 Анкерування арматури……………………………………………… |
67 |
6.4 Захисний шар залізобетону ………………………………………... |
70 |
6.5 Корозія залізобетону………………………………………………... |
72 |
Лекція №7 |
|
КАМ'ЯНА ТА АРМОКАМ'ЯНА КЛАДКА |
|
7.1 Міцнісні характеристики кам'яної кладки…………………………. |
74 |
7.2 Деформативність кладки……………………………………………. |
80 |
7.3 Армування кладки…………………………………………………... |
81 |
ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ ПРО РОЗРАХУНОК БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ |
|
Лекція №8 |
|
МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ ЗА ДОПУСТИМИМИ НАПРУЖЕННЯМИ ТА РУЙНІВНИМИ ЗУСИЛЛЯМИ |
|
8.1 Види та етапи розрахунків, їх завдання………………………..…... |
83 |
8.2 Поняття про стадії напружено-деформованого стану…………….. |
84 |
8.3 Основні положення методу розрахунку за допустимими напруженнями…………………………………………………………………. |
86 |
8.4 Основні положення методу розрахунку за руйнівними зусиллями……………………………………………………………………….. |
88 |
Лекція № 9 |
|
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ ЗА ГРАНИЧНИМИ СТАНАМИ |
|
9.1 Суть методу …………………………………………………………. |
91 |
9.2 Характеристичні та розрахункові значення навантажень. Сполучення навантажень……………………………………………………… |
93 |
9.3 Характеристичні та розрахункові значення опорів матеріалів...… |
95 |
9.4 Коефіцієнти надійності за відповідальністю……………………… |
97 |
9.5 Суть розрахунку за різними граничними станами………………... |
99 |
ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ (РОЗРАХУНКУ І КОНСТРУЮВАННЯ) ЗАЛІЗОБЕТОННИХ І КАМ’ЯНИХ КОНСТРУКЦІЙ |
|
Лекція № |
|
РОЗРАХУНОК МІЦНОСТІ ЗГИНАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗА НОРМАЛЬНИМИ ПЕРЕРІЗАМИ ЗГІДНО СНІП.………………………….. |
101 |
10.1 Передумови розрахунку…………………………………………… |
101 |
10.2 Розрахунок елементів прямокутного профілю з одиничним армуванням……………………………………………………………………... |
103 |
Лекція №11 |
|
РОЗРАХУНОК МІЦНОСТІ ЗГИНАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗА НОРМАЛЬНИМИ ПЕРЕРІЗАМИ ЗГІДНО ДБН……………..……………… |
108 |
11.1 Недоліки розрахунку міцності за СНіП………………………… |
108 |
11.2 Залежності напруження – деформації для бетону й арматури… |
110 |
|
|
11.3 Розрахунок елементів прямокутного профілю з одиничним армуванням……………………………………………………………………... |
114 |
Лекція №12 |
|
12.1 Розрахунок елементів прямокутного перерізу з подвійним армуванням……………………………………………………………………... |
120 |
12.2 Розрахунок міцності елементів таврового профілю……………... |
122 |
12.3 Конструктивні вимоги до армування елементів, що згинаються. |
125 |
Лекція №13 |
|
РОЗРАХУНОК МІЦНОСТІ ЗГИНАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗА ПОХИЛИМИ ПЕРЕРІЗАМИ |
|
13.1 Можливі випадки руйнування похилого перерізу……………….. |
129 |
13.2 Еволюція методів розрахунку похилого перерізу……………….. |
131 |
13.3 Розрахунок несучої здатності залізобетонних перерізів, похилих до поздовжньої осі згідно ДБН…………………………………….. |
137 |
Лекція №14 |
|
РОЗРАХУНОК МІЦНОСТІ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ ПРЯМОКУТНОГО ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРІЗУ ПРИ СТИСКУ |
|
14.1 Правила проектування стиснутих залізобетонних елементів...… |
142 |
14.2 Особливості конструювання стиснутих елементів……………… |
144 |
Лекція №15 |
|
РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ КАМ'ЯНИХ КОНСТРУКЦІЙ |
|
15.1 Стіни із неармованої кам'яної кладки при дії вертикальних навантажень…………………………………………………………………….. |
146 |
15.2 Кам'яні стіни при зосереджених навантаженнях………………… |
148 |
15.3 Кам'яні стіни при зсувних і горизонтальних навантаженнях…… |
149 |
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ……………………………………………… |
152 |
ЗАЛІЗОБЕТОННІ Й КАМ’ЯНІ КОНСТРУКЦІЇЇ
ТА ЇХ РОЛЬ У ЗВЕДЕННІ БУДИНКІВ І СПОРУД
Лекція №1
1.1 Суть залізобетону.
1.2 Короткий історичний нарис виникнення залізобетонних конструкцій.
1.3 Властивості та галузі застосування залізобетонних конструкцій.
1.4 Поняття про попередньо напружені конструкції.
Література: 1, С. 9 – 16.
1.1 Суть залізобетону
Бетон,
як і будь-який інший кам’яний матеріал,
має різний опір на стиск і на розтяг,
причому опір на розтяг fct
приблизно в 15 – 20 разів менший, ніж на
стиск fc.
До того ж бетон
крихкий матеріал, граничні відносні
деформації розтягання якого
приблизно в 13 разів менше за граничні
відносні деформації стиску
.
Саме крихкість і не дозволяє в багатьох
випадках використовувати міцність
бетону при розтяганні навіть при
невеликих напруженнях із-за утворення
у бетоні початкових тріщин, які можуть
бути спричинені коливаннями температури,
нерівномірним висиханням, випадковим
динамічним навантаженням. Тому з бетону
виготовляють лише конструкції, котрі
працюють на стиск: стіни, масивні
фундаменти, колони, стояки, підпірні
стіни та ін. Центрально розтягнуті,
позацентрово стиснуті й розтягнуті, а
також згинальні елементи в минулому
виготовляли із дефіцитної сталі чи
недовговічної деревини.
Розглянемо поведінку бетонної балки під навантаженням (рис. 1, а). При зростанні його від 0 до F1 напруження та деформації бетону як у стиснутій так і розтягнутій зонах пов’язані лінійною залежністю. При подальшому збільшенні навантаження в бетоні розтягнутої зони виникають непружні деформації, які при F2 досягають , і утворюється перша нормальна тріщина, котра й викликає крихке руйнування балки. При цьому несуча здатність бетону стиснутої зони буде використовуватися не більше ніж на 5 7 %.
Рисунок 1 Характер роботи бетонних і залізобетонних балок: а руйнування бетонної балки; б руйнування залізобетонної балки; в НДС попередньо напруженої балки у стадії виготовлення; г те саме у стадії експлуатації; 1 стиснута зона бетону висотою х; 2 розтягнута зона; 3 тріщина, що спричиняє руйнування балки; 4 тріщини в розтягнутому бетоні; 5 зона текучості в арматурі; 6 зона роздроблення бетону
Якщо при виготовленні в розтягнуту зону балки помістити сталеві стрижні, то характер роботи та руйнування такої залізобетонної конструкції буде іншим. У початковий період навантаження бетон й арматура працюють разом. Поступово в бетоні розтягнутої зони розвиваються невеликі непружні деформації, котрі зі збільшенням навантаження досягають граничних значень, що являється причиною виникнення перших тріщин. Навантаження в цей момент становить лише 15 25 % від руйнівного. В перерізі з тріщинами розтягнутий бетон виключається із роботи, всі зусилля розтягу сприймає арматура. І зовнішнє навантаження може бути підвищене. Подальше його зростання викликає збільшення ширини розкриття тріщин, розвиток їх за висотою перерізу, появу нових тріщин.
Якщо вміст арматури не великий, руйнування почнеться тоді, коли в одному із перерізів із тріщиною напруження в арматурі досягнуть межі текучості (рис. 1, б). Воно буде пластичним, супроводжуватиметься великими прогинами та закінчиться роздробленням бетону стиснутої зони. Отже, армування бетонної балки дає можливість раціонально використовувати міцність сталевої арматури на розтяг і міцність бетону на стиск. Несуча здатність залізобетонної балки порівняно з бетонною збільшується до 10 разів.
Залізобетоном називають комплексний будівельний матеріал, у якому бетон і сталева арматура, з’єднані взаємним зчепленням, працюють під навантаженням як єдине монолітне тіло.
Сумісний опір бетону й арматури зумовлений оптимальним сполученням фізико-механічних якостей цих матеріалів, а саме:
– при твердінні бетону між ним й арматурою виникають значні сили зчеплення, внаслідок чого матеріали деформуються під навантаженням сумісно;
– щільний бетон захищає розміщену в ньому сталеву арматуру від корозії та безпосередньої дії вогню;
– сталь
і бетон мають близькі за значеннями
коефіцієнти лінійного температурного
розширення, тому при змінах температури
в межах до 100 С
в обох матеріалах виникають несуттєві
початкові напруження й проковзування
арматури в бетоні не спостерігається
(для бетону
=
0,00001 C-1,
для арматури –
=
0,000012 C-1);
– арматура компенсує недоліки бетону, змінюючи характер його роботи в залізобетонних конструкціях.