Бетон, как испытательный материал

Деформации растяжения полученные при различных видах нагружения, существенно отличаются между собой. Природа их проявления зависит от вида напряженного состояния. Наименьшие предельные деформации растяжения получены при осевом растяжении. Надо отметить, что локальное разрушение в точке зависит от условий, ее окружающих. Если окружающая дефект зона более прочная, то она будет сдерживать процесс разрушения, т.е. блокировать ослабленную зону и тем самым повышать прочность. Но возможности блокировать дефектную зону при осевом растяжении ограничены. Другое дело, когда образец испытывает изгибающие напряжения.

Для мелкозернистого бетона предельная деформативность значительно меньше, поскольку возникающие трещины не встречают на своем пути блокирующие элементы в виде крупного заполнителя. При сжатии природа растягивающих поперечных деформаций от действия продольных сил совершенно иная, и деформации растяжения здесь могут достигать весьма больших величин. Блокирование трещин в основном происходит за счет сил трения, возникающих между элементами структуры бетона. Говорить о том. каких предельных деформаций и напряжений растяжения можно достичь для каждого вида напряженного состояния, пока затруднительно. Вероятно, этого можно достигнуть при совместном стремлении повышения качества структурной прочности и блокирующих элементов (например стальной, базальтовой или других фибр). Из вышесказанного можно заключить, что при анализе напряженно-деформированного состояния по результатам полученных напряжений растяжения делать вывод о возникновении трещин и разрушения необходимо из анализа природы этих напряжений. Одна и та же величина напряжений может являться предельной в одних случаях и иметь существенный запас прочности в других.

9. Основные требования, предъявляемые к арматуре ж/б конструкций. Классификация арматуры в жбк.

Под арматурой традиционно понимают гибкие стальные стержни, размещаемые в массе бетона таким образом, чтобы они эффективно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками и воздействиями. Кроме того, в некоторых случаях арматура может быть установлена для усиления сжатой зоны бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах, либо в условно центрально сжатых элементах.

К арматуре, применяемой в железобетонных и предварительно напряженных конструкциях, предъявляют следующие требования:

- максимально высокое нормативное сопротивление (физический или условный предел текучести);

- хорошие упругие свойства (высокие значения характеристики предела упругости и пропорциональности), что важно для снижения потерь предварительного напряжения от релаксации и ползучести стали;

- высокие пластические свойства, характеризующиеся величиной удлинения при разрыве, что гарантирует конструкцию от преждевременного хрупкого разрушения по растянутой арматуре;

- высокая вязкость, характеризуемая наибольшим практически необходимым числом безопасных перегибов, что позволяет избежать снижения прочностных характеристик арматуры в процессе изготовления конструкции;

- способность арматуры к наилучшему сцеплению с бетоном, для чего поверхности арматуры придают соответствующее очертание и поверхность

Кроме того, арматурные стали должны обладать:

– свариваемостью, характеризуемой образованием надежных соединений без трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах;

– стойкостью против хладноломкости или склонностью к хрупкому разрушению под напряжением при отрицательных температурах;

– выносливостью, т.е. прочностью, при которой не наблюдается хрупкого разрушения стали при действии многократно повторяющейся нагрузки (при числе циклов n = 1×10⁶);

– приемлемыми реологическими свойствами, к которым относят ползучесть и релаксацию стали.

Под ползучестьюарматурной стали понимают, как и для бетона, рост деформаций во времени при постоянном уровне напряжений. Ползучесть стали увеличивается с ростом уровня растягивающих напряжений и температуры.

Под релаксациейарматурной стали понимают снижение во времени начального уровня напряжений при постоянной величине деформации.

Ползучесть и релаксация связаны со структурными изменениями материала происходящими под действием напряжений и окружающей среды. В общем случае реологические явления зависят от прочности и химического состава стали, технологии изготовления, температуры, геометрии поверхности, уровня напряжений и условий применения. Явления релаксации и ползучести стали описывают с использованием эмпирических зависимостей, полученных на основании опытов.

Классификация арматуры. Арматура железобетонных конструкций воспринимает в основном растягивающие усилия. Это дает возможность, применяя ее совместно с бетоном, изготовлять железобетонные конструкции разнообразного назначения. Из железобетона выполняют конструктивные элементы зданий и сооружений, работающие не только на сжатие, например колонны, но и на изгиб и растяжение — плиты, балки, фермы для перекрытия больших пролетов. Стальную арматуру классифицируют по назначению, способу изготовления и последующего упрочнения, форме поверхности и способу применения.

По назначению различают арматуру рабочую и монтажную. Рабочая арматура воспринимает усилия, возникающие под действием нагрузок на конструкцию. Количество арматуры рассчитывают в соответствии с этими нагрузками. В зависимости от ориентации в железобетонной конструкции рабочая арматура может быть продольной или поперечной. Продольная рабочая арматура воспринимает усилия растяжения или сжатия, действующие по продольной оси элемента. Например, в изображенной на рис. 15 балке, опирающейся по концам, продольная рабочая арматура выполнена из стержней, которые сопротивляются растягивающим усилиям в нижней зоне конструкции. Для восприятия усилий, действующих при изгибе под углом 45° к продольной оси балки, стержни отгибают. В колоннах продольную арматуру устанавливают для повышения сопротивляемости усилиям сжатия. Поперечная арматура воспринимает усилия, действующие поперек оси балки. Такую арматуру выполняют в виде хомутов либо расположенных поперечно отрезков стержней в сварных каркасах и сетках. Монтажную арматуру устанавливают в зависимости от конструктивных и технологических требований. Ее подразделяют на распределительную и конструктивную. Распределительная арматура позволяет закреплять рабочую арматуру в проектном положении. В этом важное технологическое значение распределительной арматуры. Кроме того, она служит для более равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры. Стерэкни рабочей и распределительной арматуры сваривают либо связывают в единый пространственный каркас или плоские сетки. Иногда распределительную арматуру используют для того, чтобы придать арматурному каркасу необходимую жесткость. Конструктивная арматура служит для восприятия таких усилий, на которые конструкцию не рассчитывают. В частности, сюда относятся усилия от усадки бетона, температурных изменений. Конструктивную арматуру обязательно устанавливают в местах резкого изменения сечения конструкций, где происходит концентрация напряжений. Конструкции, подвергающиеся действию динамических нагрузок, например подкрановые балки и консоли колонн, на которые они опираются, также нуждаются в конструктивной арматуре. По способу изготовления стальную арматуру железобетонных конструкций подразделяют на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную. Стержневую арматуру поставляют в прутках диаметром не менее 12 мм и длиной до 13 м, проволочную диаметром З…8мм — в мотках или бунтах массой до 1300 кг. По способу последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной, т.е. подвергнутой термической обработке, или упрочненной в холодном состоянии — вытяжкой, волочением. По форме поверхности различают арматуру периодического профиля и гладкую. Стержни арматуры периодического профиля снабжены выступами, благодаря которым улучшается сцепление ее с бетоном. На поверхности проволочной арматуры для этой цели создают рифы (вмятины). Гладкую арматуру выпускают в виде горячекатаных стержней диаметром 6…40 мм или проволоки диаметром 3…8 мм. Чтобы исключить проскальзывание гладкой арматуры в бетоне, ее заанкеривают. По способу применения при армировании железобетонных конструкций различают напрягаемую арматуру, подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую. В некоторых случаях используют так называемую жесткую арматуру в отличие от обычно применяемых гибких стержней и проволоки. Жесткую арматуру выполняют из сортового проката — швеллеров, двутавров, равнобоких и неравнобоких уголков. До отвердевания бетона такая арматура работает как металлическая конструкция на нагрузку от собственного веса, веса прикрепляемой к ней опалубки и свежеуложенной бетонной смеси. Жесткую арматуру применяют при бетонировании большепролетных перекрытий, сильно загруженных колонн нижних этажей многоэтажных зданий.