Лекція №5 арматура для залізобетонних конструкцій

5.1 Види арматури за призначенням.

5.2 Фізико-механічні властивості арматурної сталі.

5.3 Класифікація арматури.

5.4 Арматурні вироби.

5.5 Стики й перетини арматури.

Література: [1], С. 28 – 36, 42 – 43.

5.1 Види арматури за призначенням

Під арматурою розуміють гнучкі або жорсткі сталеві стрижні, розміщені у масі бетону відповідно до епюр згинальних моментів, поздовжніх і поперечних сил, які діють на конструкцію. Головне призначення арматури  сприймати зусилля розтягу (при згині й позацентровому стискові, центральному та позацентровому розтязі), а також усадкові й температурні напруження в елементах конструкцій. Значно рідше її застосовують для підсилення бетону стиснутої зони.

За функціональним призначенням арматуру (рис. 22) поділяють на робочу та конструктивну (монтажну, розподільну). Під робочою розуміють арматуру, площу перерізу якої A_s визначають розрахунком на дію зовнішнього навантаження. Залежно від зусиль, які вона сприймає, робочу арматуру підрозділяють на поздовжню і поперечну. Поздовжня арматура сприймає поздовжні зусилля, її розташовують паралельно зовнішнім граням елемента. Поперечна арматура направлена перпендикулярно або під кутом до поздовжньої й сприймає поперечні зусилля. Термін «поперечна арматура» включає в себе хомути й відігнуті стрижні, а термін «хомути»  поперечні стрижні зварних каркасів і хомути в'язаних. Уміст робочої поздовжньої арматури в елементах ЗБК визначають відношенням загальної площі перерізу арматури A_s до перерізу бетону A_с. Це відношення ρ_f = A_s /A_с називають коефіцієнтом армування і часто виражають у відсотках.

Під конструктивною (поздовжньою й поперечною) розуміють арматуру, котру встановлюють без розрахунку (за конструктивними або технологічними умовами). Її призначають для більш рівномірного розподілення зосередженого зусилля між окремими стрижнями робочої поздовжньої арматури (розподільна) або збереження проектного положення робочої арматури при бетонуванні. Конструктивну арматуру встановлюють також для часткового сприйняття зусиль, які не враховують при розрахунках,  від усадки та повзучості бетону, температурних напружень, місцевих напружень від дії зосереджених сил у місцях зміни напрямку арматури, випадкових напружень, які виникають при виготовленні й зберіганні конструкцій, а також впливу на них монтажного та транспортного навантаження (монтажна арматура). Діаметр конструктивної арматури приймають не менше ніж 10 – 12 мм і не менше від діаметра поперечної арматури.

У збірних елементах при їх монтажі та транспортуванні монтажні стрижні використовують як робочі.

5.2 Фізико-механічні властивості арматурної сталі

Основними характеристиками арматури є міцність і деформативність, які залежать від складу та технології її виготовлення.

Під характеристиками міцності розуміють фізичну _у й умовну _0,2 межу текучості арматури, тимчасовий опір розриву _t. Їх установлюють за діаграмою _{s –} _s, котра отримана при випробуванні зразків на розтяг (рис. 23). Для гарячекатаних сталей класів А240C і А400C характерна наявність на цій діаграмі ділянки лінійної залежності між напруженнями та деформаціями (пружна робота сталі) й чітко вираженої ділянки текучості (рис. 23, а). Напруження, котрі їй відповідають, називають фізичною межею текучості _у, межею, за досягнення якої пластичні деформації зростають без збільшення зовнішнього навантаження. Сталі з яскраво вираженою ділянкою текучості називають м'якими. За площадкою текучості вони знову можуть підвищувати опір із зростанням деформацій, настає так звана стадія самозміцнення сталі, відносні деформації видовження при цьому залежно від класу сталі збільшуються до 15 – 25 %. Найвища точка графіка відповідає умовній величині межі міцності  тимчасовому опору розриву _у сталі. За цією точкою відбувається звужування зразка (з'являється так звана шийка) і розрив.

Рисунок 22  Армування ЗБК: а  плити; б  балки; 1  робоча арматура; 2  конструктивна; 3  монтажна; 4  поперечні стрижні балок, що приварюються до робочої поздовжньої та монтажної арматури; 6  хомути каркасів колон

Холоднодеформована арматура класу В500 для забезпечення необхідної надійності конструкцій умовно віднесена до арматури, що має фізичну межу текучості.

а б

Рисунок 23  Діаграми _s – _s арматурних сталей з фізичною (а) та умовною (б) межею текучості

Для ЗБК основним показником міцності м'яких сталей уважають саме фізичну межу текучості _у. При досягненні напруженнями в арматурі цієї межі в розтягнутій зоні бетону ширина розкриття тріщин досягає неприпустимої величини, а потім унаслідок значного прогину конструкції руйнується бетон стиснутої зони. За таких умов межа міцності сталі _t, що більше ніж у 1,5 рази перевищує її межу текучості, як правило, залишається не досягнутою та не використаною в несучій здатності конструкцій.

Для стрижневої арматури підвищеної міцності та високоміцного дроту, так званих твердих сталей, чіткої межі пружності (пластичності) на діаграмі _s – _s немає (рис. 23, б). Тому тут користуються поняттями умовної межі пружності та умовної межі текучості. За умовну межу пружності _0,02 приймають напруження, при якому виникають залишкові відносні деформації, котрі дорівнюють 0,02 % від граничних залишкових деформацій. За умовну межу текучості _0,2 приймають напруження, котре відповідає залишковим деформаціям 0,2 %.

При дії багаторазово повторюваного навантаження величина межі текучості сталі знижується, а руйнування набуває крихкого характеру. Зниження тим більше, чим більша кількість повторень навантаження та чим менший коефіцієнт асиметрії циклу. За межу витривалості приймають міцність, за досягнення якої не спостерігається крихкого руйнування сталі при кількості циклів 10⁶.

Під деформативністю розуміють характеристики пластичності сталі, котрі визначаються формою діаграми _s – _s, величину кута загину або кількість перетинів у холодному стані, повзучість сталі (реологічні властивості). Величиною повного відносного видовження за максимального навантаження еталонного зразка та співвідношенням _t/_у характеризують руйнування конструкції (крихке чи пластичне), від кута загину та кількості перетинів залежить можливість обробки арматурних сталей.

Підвищення міцності та відповідне йому зменшення відносного подовження при розриві спостерігається при введенні в склад арматурних сталей вуглецю та легуючих добавок (марганцю, кремнію, хрому).

Під повзучістю арматури розуміють зростання деформацій у часі під навантаженням, вона збільшується з підвищенням рівня напружень і температури.

Релаксація  зниження в часі попередніх напружень в арматурі при жорсткому закріпленні її кінців, яке стримує вільне деформування арматури. Релаксація напружень залежить від міцності, хімічного складу сталі, технології виготовлення, температури, геометрії поверхні, величини напруження й умов застосування. Ця якість негативно відбивається на роботі попередньо напружених конструкцій, бо зумовлює значні втрати попереднього напруження, що знижує тріщиностійкість і жорсткість конструкцій. Напружувана арматура згідно норм класифікується за характером релаксації наступним чином: клас 1 – дріт або канат із звичайною релаксацією; клас 2 – дріт або канат з низькою релаксацією; клас 3 – гарячекатані або оброблені стрижні.

Крім зазначених вище характер роботи арматурної сталі визначається такими параметрами, як властивості зчеплення (f_R), міцність на зсув, гнучкість, зварюваність.