Тема 3. Арматура для железобетонных конструкций

Назначение арматуры

Арматурой называют стальные стержни, которые размещаются в толще бетона для восприятия в железобетонных элементах как растягивающих, так и сжимающих усилий, а также для восприятия усадочных и температурных напряжений.

Различают арматуру гибкую и несущую.

Гибкая арматура может воспринимать усилия только совместно с бетоном. Образуется гибкая арматура из отдельных стержней, которые связываются или свариваются в каркасы и сетки. В настоящее время сварная арматура (уменьшается ручной труд) почти полностью вытеснила вязаную.

Несущая арматура способна воспринимать усилия до укладки бетона и позволяет отказаться от подмостей, так как в этом случае опалубка или форма прикрепляется к несущей арматуре. В качестве несущей арматуры используют пространственные сварные каркасы и прокатные или сварные профили (жесткая арматура). Несущая арматура применяется в исключительных случаях, поскольку расход стали при этом существенно возрастает.

По назначению в конструкциях различают: рабочую, распределительную, поперечную (в виде хомутов в вязаных каркасах и поперечных стержней в сварных каркасах) и монтажную.

В качестве примеров рассмотрим армирование балки, плиты и колонны.

Балка Вязаный Сварной

каркас каркас

Плита

Колонна

Р абочая арматура

ставится для воспринятия основных расчетных усилий, ее площадь определяется по расчету.

Распределительная арматура

ставится в вязаных и сварных сетках и располагается перпендикулярно рабочей арматуре, эта арматура распределяет нагрузку между стержнями сетки и обеспечивает проектное положение рабочей арматуры. Ставится без расчета конструктивно.

Вязаный каркас Сварной каркас

Поперечная арматура в изгибаемых элементах (балках и плитах) связывает растянутую и сжатую зоны, в колоннах препятствует поперечному расширению бетона, тем самым повышает несущую способность сжатых элементов. В вязаных каркасах поперечная арматура представлена в виде хомутов, в сварных – в виде поперечных стержней. Поперечная арматура в балках ставится по расчету и поэтому может быть отнесена к рабочей арматуре, одновременно она обеспечивает проектное положение рабочей арматуры и может рассматриваться как монтажная.

Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочей арматуры и поперечной арматуры в балках, кроме того, она воспринимает усилия от усадки бетона и колебаний температуры, обычно не учитывается расчетом.

Содержание рабочей арматуры в элементах конструкций оценивается отношением всей площади сечения рабочей арматуры к полезной площади бетона и обозначается через μ = А_S / А_В – называемым коэффициентом или процентом армирования. μ % = А_S 100 / А_В.

П роцент армирования μ колеблется в пределах от 0,5 до 2% для гибкой арматуры, а при применении несущей арматуры может достигать 10-15 %.

Виды арматурной стали

Для арматуры обычных (ненапряженных) железобетонных конструкций применяется так называемая мягкая сталь, которая имеет площадку текучести, достаточную прочность и деформативность.

Т вердая сталь не имеет площадки текучести, разрушается хрупко, и хотя имеет высокий предел прочности, обладает малой деформативностью. Твердая сталь применяется в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Классы

Арматурная сталь делится на классы в зависимости от физико-механический свойств. Класс объединяет различные марки стали с примерно одинаковыми физико-механическими свойствами.

Способ изготовления и форма поверхности определяют вид арматуры. Различают арматуру: горячекатаную, стержневую, холоднотянутую проволочную и термически упрочненную гладкую и периодического профиля, напрягаемую и ненапрягаемую. В зависимости от предела текучести σ_у (физического или условного) всю гибкую арматуру разделяют на классы.

Класс арматуры обозначается буквой А и римской цифрой (чем больше цифра, тем выше прочность):

А-I – гладкая;

А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI – периодического профиля, не подвергаемая после проката упрочняющей термической обработке;

Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI – термически и термомеханически упрочненная, т.е. подвергаемая после проката упрочняющей термической обработке;

А-IIIв – упрочненная вытяжкой.

В качестве ненапрягаемой арматуры применяют сталь классов А-III, Ат-IVС, Вр-1 в сварных сетках и каркасах.

А-IV, А-V, А-VI –в вязаных каркасах; при этом арматуру классов А-V, А-VI только в качестве сжатой арматуры.

А-I и А-II – используют для рабочей поперечной и монтажной арматуры.

При выборе вида и марок стали для рабочей арматуры и прокатных сталей для закладных деталей учитывают температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения согласно прил. 1 и 2 (СНиП 2.03.01 – 84)

Величины:

R _sn – нормативное сопротивление арматуры растяжению (МПа);

R _{s ser} – расчетное для предельных состояний второй группы (R _sn = R _{s ser});

R _S – расчетное сопротивление растяжению (МПа);

R _sω – расчетное сопротивление при расчете наклонных сечений на действие поперечной силы Q;

R _sc – расчетное сопротивление арматуры сжатию (не более 400 МПа);

Е _s – модуль упругости.

Значение нормативных и расчетных характеристик арматуры приведены в прил. 12 [1]

АРМАТУРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Сварные сетки – изготавливают из обыкновенной арматурной проволоки и стержневой арматуры, сетки бывают рулонные и плоские. Рулонные сетки изготавливаются двух типов – с продольной рабочей арматурой при диаметре продольной рабочей арматуры до 5,5 мм и с поперечной – при диаметре до 10 мм.

Длина сеток в рулонах ограничивается ее массой, которая может составлять от 100 до 500 кг, при ширине до 3,5 м. Плоские сетки могут иметь рабочую арматуру в двух направлениях, ширина этих сеток не превышает 2,5 м, а длина - 9 м.

а) рулонная сетка с продольной рабочей арматурой

б) плоская сетка с рабочей арматурой в обоих направлениях

Для сварных сеток установлен государственный стандарт ГОСТ 8478-81. Условное обозначение сеток В х L .

Сварные каркасы образуются из продольных рабочих и монтажных стержней и могут быть плоскими и пространственными.

а) плоские каркасы

б) пространственный каркас

П ространственные каркасы можно сваривать целиком на специальных машинах или изготавливать их из отдельных плоских каркасов, соединяемых поперечными стержнями с помощью дуговой или точечной (контактной) сварки.

Качество точечной сварки сеток и каркасов зависит от соотношения диаметров свариваемых поперечных стержней и продольной арматуры, которое должно быть d₁ / d₂ ≥ 0,3.

В каркасах колонн, а также в сетках с рабочей арматурой периодического профиля d₁ / d₂ ≥ 0,25.

Вязаные каркасы

При применении в вязаных каркасах рабочей арматуры из гладких стержней класса А-1 на концах стержней должны устраиваться крюки. Это требование относится к растянутым стержням, что касается сжатых стержней, то они могут заканчиваться без крюков. Крюки также устраиваются в хомутах вязаных каркасов.

Крюк Хомут открытый Хомут закрытый

В изгибаемых элементах и коротких консолях, армированных вязаными каркасами, должны предусматриваться отогнутые стержни. Отгибы стержней должны осуществляться по дуге радиуса не менее 10d. В изгибаемых элементах на концах отогнутых стержней должны устраиваться прямые участки длиной не менее 0,8 l _АН , но не менее 20d в растянутой и 10d в сжатой зоне.

Отгиб

Соединение арматуры

Стержни диаметром от 6 до 9 мм (из стали класса А-1, так называемой «катанки») доставляется в бухтах массой до 500 кг и длиной 40 м и более. Обыкновенная проволока классов В-1 и Вр-1 также доставляется в бухтах.

Стержни диаметром от 10 до 30 мм изготавливаются длиной до 12 м, а свыше 30 мм - до 9 м.

Ограниченность длины стержней приводит к необходимости их соединения для получения проектных размеров рабочей арматуры. Ограниченность размеров сварных сеток требует их соединения, как по длине, так и по ширине. Что касается сварных каркасов, то обычно их не стыкуют, а за счет стыкования рабочей арматуры обеспечивают их проектные размеры.

В заводских условиях арматурные стержни из стали классов А-I, А-II, А-III, Ат-IIIС соединяют с помощью контактной сварки встык. Диаметр соединяемых стержней должен быть не менее 10 мм. Контактную сварку стержней d < 10 мм допускается применять только при наличии специального оборудования. При этом отношение диаметров соединяемых стержней должно быть d₁ / d₂ ≥ 0,85 (допускается d₁ / d₂ ≥ 0,3 при использовании специальной технологии сварки).

Диаметр стержней 10 - 40 мм.

На монтаже для соединения стержней из стали классов А-I, A-II и A-III применяют ванную дуговую сварку с желобчатой подкладкой.

На монтаже также возможно соединение стержней дуговой сваркой с накладками.

а) при сварке с четырьмя фланговыми швами;

Применяется при вертикальном расположении стыка.

Для арматуры А-I, А-II, А-III, Ат-IIIС.

б) при сварке с двумя фланговыми швами

Применяется при горизонтальном расположении стыка

l = 8d - А-II, А-III, Ат-IIIС

Допускается стыковать рабочую арматуру в вязаных и сварных каркасах и сетках внахлестку без сварки, перепуская их на определенную длину. При этом диаметр рабочей арматуры не должен превышать 36 мм. Отдельные стержни рабочей арматуры при стыковании внахлестку в вязаных каркасах и сетках на длине перепуска перевязываются вязальной проволокой, а концы гладкой арматуры должны оканчиваться крюками.

Гладкая арматура

Профилированная арматура

В сварных каркасах и сетках при устройстве стыков рабочей арматуры внахлестку зону стыкования арматуры вязальной проволокой не перевязывают.

Стыки растянутой и сжатой арматуры, а также сварных сеток и каркасов в рабочем направлении должны иметь длину перепуска l_l (l _АП) не менее величины, определяемой по формуле 186 и табл. 37 СНиП

l (l) l _АП = (ω_АП + Δλ_АП)d ,

но не менее l_АП = λ_АП d, где значение ω_АП, Δλ_АП и λ_АП, а также допускаемые минимальные величины l_АП определяются по табл. 39 из табл.37.

Условия работы арматуры	Периодического профиля				Гладкой
	ωАП	ΔλАП	λАП	lАП,мм	ωАП	ΔλАП	λАП	lАП,мм
Стыки арматуры внахлестку
В растяну-том бетоне	0,9	11	20	250	1,55	11	20	250
В сжатом бетоне	0,65	8	15	200	1,0	8	15	200

Стыки сварных сеток в нерабочем направлении выполняются внахлестку с перепуском, считая между крайними рабочими стержнями сетки.

а) при диаметре распределительной арматуры до 4 мм включительно – на 50 мм

б) при диаметре распределительной арматуры более 4 мм – на 100 мм

в) при диаметре рабочей арматуры 16 мм и более сварные сетки в нерабочем направлении укладывают впритык и перекрываются стыковой сеткой

Сварка арматуры встык производится в соответствии с требованиями ГОСТ 14098-85.

до сварки после сварки

С3-КМ – контактная сварка стержней одинакового диаметра с последующей механической обработкой

С4-КП – контактная сварка стержней одинакового диаметра с предварительной механической обработкой.

Стыки сварных сеток и каркасов, а также растянутых стержней вязаных сеток и каркасов внахлестку без сварки должны, как правило, располагаться вразбежку. При этом площадь сечения рабочих стержней, стыкуемых в одном месте или на расстоянии менее длины перепуска l должны составлять: не более 50 % общей площади сечения растянутой арматуры при стержнях периодического профиля и не более 25 % при гладких стержнях.

Стыки сварных сеток в направлении рабочей арматуры из стали класса А-1 должны выполняться таким образом, чтобы в каждой из стыкуемых в растянутой зоне сеток на длине нахлестки располагалось не менее двух поперечных стержней, приваренных ко всем продольным стержням сеток.

а)

б)

Стыки сварных сеток в направлении рабочей арматуры из горячекатаной стали периодического профиля классов А-II и А-III выполняются без поперечных стержней в пределах стыка в одной или в обеих стыкуемых сетках.

а)

б)