1. Сущность железобетона. Особенности железобетона как строительного материала, его достоинства и недостатки. Структура и прочность бетона. Факторы, влияющие на прочность бетона. Проектные классы бетонов по прочности на сжатие и растяжение.

Сущность ж-б состоит в том, что он представляет рацион. сочетание этих двух материалов - бетона и стали, которые работают совместно вплоть до разрушения.

Ж-б - это комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, деформирующихся совместно вплоть до разрушения конструкции.

Бетон - это искусственный камень, который, как и любой каменный материал, имеет достаточно высокое сопротивление сжатию, а сопротивление растяжению у него в 10¸20 раз меньше.

Стальная арматура имеет достаточно высокое сопротивление как при сжатии, так и при растяжении.

 

 

К достоинствам (положительным свойствам) ж-б относят:

1. Долговечность - при правильной эксплуатации ж-б конструкции могут служить неопределенно долгое время без снижения несущей способности.

2. Хорошая сопротивляемость статич. и динам. нагрузкам.

3. Огнестойкость.

4. Малые эксплуатац. расходы.

5. Дешевизна и хорошие эксплуатац. к-ва.

К основным недостаткам ж-б относятся:

1. Значительный собств. вес. Этот недостаток в некоторой степени устраняется при использовании легких заполнителей, а также при применении прогрессивных пустотных и тонкостенных конструкций (то есть за счет выбора рацион. формы сечений и очертания констр.).

2. Низкая трещиностойкость ж-б. Указанный недостаток может быть снижен с применением преднапряженного ж-б, которое служит радикальным средством повышения его трещиностойкости.

3. Повышенная звуко- и теплопроводность бетона в отдельных случаях требуют доп. затрат на тепло- или звукоизоляцию зданий.

4. Невозможность простого контроля по проверке армирования изготовл. элемента.

5. Трудности усиления сущ. ж-б констр. при реконст. зданий, когда увеличиваются нагрузки на них.

Структуру бетона следует классифицировать по содержанию цем. камня и его размещ. в бетоне.

целесообразно классифицировать структуру бетона с учётом её плотности: Плотная; С пористым заполнителем;

Ячеистая; Зернистая.

Прочность бетона определяется в лабораторных условиях при помощи специальных приборов на отобранных пробах и контрольных образцах. Все испытания регламентируются строительными ГОСТами, принятыми для определенного вида бетона.

Прочность бетона также можно определить непосредственно в процессе строительства на строительной площадке. Подобные испытания проводятся для контроля качества возведенных элементов сооружения.

Существует несколько методов определения прочности бетона. В зависимости от характера воздействия различают следующие способы:

-разрушающие

-неразрушающие.

Выделяют следующие основные факторы, влияющие на прочность бетона:

-активность цемента; -процентное содержание цемента; -соотношение цемента и воды в растворе; -технические характеристики и качество наполнителей; -качество смешивания составляющих бетонной смеси; -степень уплотнения; -время, затраченное на застывание раствора; -внешние условия (температура воздуха и влажность среды); -применение повторного вибрирования.

Классы бетона.

Так как прочности нескольких образцов одной и той же марки бетона могут отличаться друг от друга в большую или меньшую сторону, а так же каждой из этих марок принадлежит некий диапазон марок бетона по другим его характеристикам, например по морозостойкости, существует 15 разновидностей классов бетона, которые учитывают все его характеристики. И поэтому при строительстве любого сооружения, необходимо лишь указать соответствующий класс бетона, который подойдёт для той или иной конструкции.

Таблица соответствия классов, марок и средней прочности образцов бетона:

2. Диаграмма "σb —εb" бетона при кратковременном и длительном нагружении. Начальный модуль упругости бетона Еb, начальный модуль деформаций бетона Еb,τ. Предельные деформации бетона.

Деформации бетона под нагрузкой. Различают силовые деформации при однократном кратковременном, длительном, а также многократно-повторном нагружениях.

 

 

 

Рисунок 1.3 – Диаграммы деформирования бетона: а) – при ступенчатом нагружении; б) – кривая полных деформаций; в) – при длительном нагружении; I – полные деформации; II – при мгновенном нагружении

1. Деформации при однократном кратковременном нагружении. Наиб. практич. значение имеют деформации при осевом сжатии. Если бетонную призму нагружать по этапам, замеряя деформации дважды: сразу после прилож. нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, то на диаграмме « » получают ступенчатую линию (рис. 1.3,а). Полные деформации будут складываться из упругих  _е, возникающих непосредственно после прилож. нагрузки, и пластических  _Р1, развивающихся во времени. Кривая полных деформации показана на рис. 1.3,б. Из диаграммы видно, что при небольших напряжениях ( ) бетон можно рассматривать как упругий материал (участок 0—/). При  возникают неупругие деформации, вызванные уплотнением геля (участок /— 2). После образования микротрещин R_b,crc рост пластических деформаций становится более интенсивным (участок 2—3). При дальнейшем увеличении нагрузки микротрещины объединяются и образец разрушается — точка 4 соответствует предельному сопротивлению образца R_b и деформациям  _ь,си. Если по мере падения сопротивления бетона удается в той же мере снижать нагрузку, то может быть получен нисходящий участок диаграммы (4—5). Знать, как работает бетон на этом участке, важно для ряда конструкций и видов нагружения.

При разгрузке с некоторого уровня напряжений, соответствующего восходящей ветви, до нуля в образце будут иметь место остаточные деформации, которые со временем несколько уменьшаются (примерно на 10%). Это явление называется упругим последействием  _ер. Характер диаграммы « » бетона при растяжении аналогичен рассмотренному (рис. 1.3,б).

Связь между напряжениями и деформациями при небольших напряжениях ( ) устанавливается законом Гуна  = ь/Е_b, где Е_b — начальный модуль упругости, Е_b = tg = _b/ ь (см. рис. 1.3,б). Модуль упругости зависит от марки бетона (см. табл. 2.1). При  _b >0,2 R_b (зависимость « » нелинейная, модуль в каждой точке диаграммы — переменный, Е_b =d /d = tg и определение полных деформаций является затруднительным.

Для практических расчетов было предложено выражать напряжения через полные деформации бетона с помощью упругопластического модуля деформаций Е_b,pl = tg (см. рис. 1.3,б).

Выразив одно и то же напряжение в бетоне через упругие и полные деформации, получают

откуда (1.5)

где  — коэффициент, характеризующий упруго-пластическое состояние сжатого бетона; он изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,45 при кратковременном нагружении; при длительном действии нагрузки  = 0,1...0,15.

При растяжении (1.6)

где  _t— коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона при растяжении,  _t = 0,5. Модуль сдвига бетона:

(1.7)

где  — коэффициент поперечных деформаций, для всех видов бетонов  = 0,2, при этом G_b =0,4Е_b.

2. Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается в первые 3...4 мес.

Ползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии постоянной нагрузки. Различают ползучесть линейную и нелинейную. Линейная ползучесть имеет место при  b< 0,5 R_b и обусловлена главным образом уплотнением геля. При этом происходит перераспределение под нагрузкой напряжений с гелевой структуры на цементный камень и заполнители. Увеличение деформаций ползучести примерно пропорц. увеличению напряжений. При  b > 0,5 R_b в бетоне возникают микротрещины, линейная зависимость  нарушается, наступает нелинейная ползучесть,

Ползучесть бетона затухает во времени, так как вследствие перераспред. усилий напряжения в геле снижаются, а упругость кристаллического сростка возрастает.

Опыты показывают, что независимо от того, с какой скоростью v достигнуто напряжение  b, конечные деформ. ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис. 1.3,в).

Дефор. ползучести увелич. с уменьш. влажности среды, увеличением В/Ц и количества цемента. Бетон, нагруж. в более раннем возрасте, обладает большей ползучестью. С повышением прочности бетона и прочности заполнителя ползучесть уменьшается. У малых образцов при прочих равных условиях ползучесть проявляется сильнее, чем у больших.

Для аналитич. описания явления ползучести предложены различ. теории. Однако полученные на их основе матем. зависимости сложны для использования в практич. расчетах и в большинстве своем справедливы лишь для определ. условий. Поэтому на практике применяют упрощ., линейные зав-ти, связывающие напряжения в бетоне с деформ. ползучести. Правомерность такого подхода подтверждается и тем обстоятельством, что при эксплуатац. нагрузках в большинстве конструкций напряжения в сжатом бетоне  b < 0,5 R_b, т.е. имеет место линейная ползучесть.

Для колич. определения деформаций ползучести при сжатии обычно вводят понятия меры и хар-ки ползучести.

Мера ползучести С_t представляет собой относит. деформацию ползучести в момент времени t, соответств. приращению напряжения 0,1 МПа. При напряжениях в бетоне  b

• Характеристика ползучести  равна отношению деформаций ползучести в момент времени t к мгновенной деформации

Предельные значения С_t и  будут при t= •( С_t = =С;  = ). Между мерой и характеристикой ползучести существует связь

откуда . Значения  для обычных тяжелых бетонов изменяются в пределах 1...4.

Предельные деформации бетона перед разрушением

Это предельная сжимаемость   и предельная растяжи­мость   которые зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки (см. рис. 1.10). С увеличением класса бетона предельные де­формации уменьшаются, но с ростом длительности при­ложения нагрузки они увеличиваются. В опытах при осе­вом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона  , в среднем ее принимают рав­ной  . В сжатой зоне изгибаемых элементов наблюдается большая, чем у сжатых призм, предельная сжимаемость, зависящая от формы поперечного сечения и относительной высоты сжатой зоны: . При уменьшении ширины поперечного сечения книзу и в тавровых сечениях   уменьшается, а при уменьше­нии относительной высоты сжатой зоны — увеличивается. Она зависит также от насыщения сечения продольной арматурой.

Если при достижении значения   бетонную призму последовательно разгружать, на диаграмме   появ­ляется нисходящий участок кривой, а предельная сжи­маемость достигает значения   (см. рис. 1.10).

Предельная растяжимость бетона в 10…20 раз мень­ше предельной сжимаемости, в среднем  . Для бетонов на пористых заполнителях это значение не­сколько больше. Предельная растяжимость бетона су­щественно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.