2.4 Сущность железобетона
Прочность
бетона на растяжение в 15–20 раз ниже,
чем прочность на сжатие. Предельная
растяжимость бетона
(0,15 мм на 1 м), а предельная сжимаемость
(2 мм на 1 м). Низкая прочность на растяжение
не позволяет использовать неармированный
бетон в конструкциях, испытывающих
растяжение. Поэтому из бетона выполняют
конструкции, воспринимающие сжимающие
усилия: стены, фундаменты, колонны,
подпорные стенки и др.
Разрушение бетонных балок происходит от разрыва нижних наиболее растянутых волокон (рис. 1, а). При этом несущая способность сжатой зоны балки используется не более чем на 5…7%. Поэтому растянутую зону балки усиливают путем введения упрочняющих элементов, чаще всего, в виде стальной арматуры. Относительное удлинение стальной арматуры при растяжении в тысячу раз превышает относительное удлинение бетона.
При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны бетона (рис. 1, б).
а
)
б)
Рисунок 1 – Схема разрушения балки:
а – бетонной; б – железобетонной; 1 – нулевая (нейтральная линия), 2 – сжатая зона балки; 3 – растянутая зона балки; 4 – нормальные трещины; 5 – наклонные трещины; 6 – стальная арматура; 7 – разрушение бетона сжатой зоны.
Железобетон – это комплексный строительный материал, в котором бетон и арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон предназначается для восприятия преимущественно сжимающих усилий, а арматура – растягивающих.
2.5 Достоинства и недостатки железобетонных конструкций
К достоинствам железобетонных конструкций относятся:
высокая прочность;
большая долговечность;
высокая степень огнестойкости;
стойкость против атмосферных воздействий;
малые эксплуатационные расходы на содержание;
гигиеничность;
экономичность ввиду повсеместной доступности сырья.
Недостатки железобетонных конструкций.
За счет сцепления с арматурой бетон работает под нагрузкой совместно с арматурой. Предельная растяжимость бетона в тысячу раз меньше предельной растяжимости стальной арматуры, поэтому при совместном растяжении цельность бетона сохраняется только в начальный период эксплуатации (см. рис. 1, б). Напряжения в арматуре в период образования трещин всегда незначительны по сравнению с предельной прочностью арматуры.
С увеличением внешней нагрузки в изгибаемых балках происходит развитие по высоте сечения балки трещин, резко уменьшается высота сжатой зоны, снижается жесткость балки, что приводит к возрастанию прогиба.
С учетом вышеизложенного к недостаткам железобетонных конструкций без предварительного напряжения относятся:
низкая трещиностойкость вследствие слабого включения в работу арматуры в период образования трещин, быстрое их раскрытие и быстрый рост прогибов;
нерациональность использования в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения высокопрочной арматуры;
невыгодность использования бетонов повышенной и высокой прочности, поэтому железобетонные конструкции без предварительного напряжения обладают большой массой, что ограничивает величину перекрываемых пролетов;
большая трудоемкость при изготовлении;
большая звуко- и теплопроводность.