- •Ю.В. Попков, а.И. Колтунов, а.А. Хотько Железобетонные конструкции
- •Предисловие
- •Содержание
- •Рабочая программа
- •Цель и задачи дисциплины
- •Виды занятий и формы контроля знаний
- •3. Тематический план лекционного курса
- •Итого: 48 часов
- •4. Тематический план практических занятий
- •Итого: 16 часов
- •5. Рейтинговая система контроля успешности обучения студентов
- •6. Общие методические рекомендации по изучению курса
- •Основная
- •Дополнительная
- •Раздел 1. Физико-механические свойства
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 2. Физико-механические свойства бетона. Прочностные характеристики бетона
- •2.1. Общие сведения о сопротивлении бетона
- •2.2. Прочностные характеристики бетона
- •2.3. Сопротивление бетона растяжению
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 3. Деформативные свойства бетона
- •3.1. Диаграмма деформирования бетона
- •3.2. Деформативность бетона
- •3.3. Объемные деформации бетона
- •3.4. Температурные деформации бетона
- •3.5. Силовые деформации бетона
- •3.6. Деформации бетона при однократном кратковременном загружении
- •3.7. Деформации бетона при длительном действии нагрузки. Ползучесть бетона
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 4. Арматура для железобетонных конструкций
- •4.1. Требования, предъявляемые к арматуре
- •4.2. Механические свойства арматурных сталей
- •4.3. Классы арматуры, соответствующие им нормативные и расчетные сопротивления
- •4.4. Деформативные характеристики арматуры
- •4.5. Арматурные изделия
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 5. Физико-механические свойства железобетона
- •5.1. Совместная работа арматуры с бетоном
- •5.2. Усадка и ползучесть железобетона
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 6. Стадии напряженно-деформированного состояния сечений, нормальных к продольной оси железобетонного элемента
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 7. Основы РасчетА железобетонных конструкций
- •Метод предельных состояний
- •7.2. Воздействия на железобетонные конструкции в методе предельных состояний
- •7.3. Нормативные и расчетные характеристики материалов в методе предельных состояний
- •Вопросы для самоконтроля
- •Вопросы к Тестовому контролю
- •Раздел 2. Расчеты железобетонных конструкций по предельным состояниям Лекция 8. Прочность сечений, нормальных к продольной оси железобетонных конструкций в методе предельных усилий
- •8.1. Общие положения
- •Классификация методов расчета железобетонных элементов по прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента при действии изгибающего момента и продольных сил.
- •8.2. Критерий, определяющий расчетный случай разрушения
- •8.3. Расчетные уравнения
- •Вопросы для самоконтроля
- •9.2. Упрощенный деформационный метод
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 10. Прочность сечений при действии изгибающих моментов и продольных сил с учетом влияния гибкости элементов стержневых систем
- •10.1. Основные положения расчета
- •10.2. Приближенные методы учета продольного изгиба при расчете сжатых элементов стержневых систем
- •10.3. Классификация конструкций по характеру проявления продольного изгиба
- •10.4. Расчетные длины сжатых элементов
- •10.5. Метод расчета, основанный на проверке «устойчивой прочности» гибкого элемента
- •10.6. Упрощенный нелинейный расчет (метод определения кривизны)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 11. Прочность растянутых элементов
- •11.1. Центрально растянутые элементы.
- •11.2. Внецентренно растянутые элементы
- •12.2. Прочность наклонных сечений железобетонных элементов без поперечного армирования
- •12.3. Расчет элементов на действие поперечной силы на основе расчетной модели наклонных сечений
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 13. Прочность сечений, наклонных к продольной оси при действии изгибающего момента. Метод ферменной аналогии (стержневая модель)
- •13.1. Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси при действии изгибающего момента
- •13.2. Метод ферменной аналогии (стержневая модель)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 14. Прочность железобетонных эллементов при местном действии нагрузок
- •14.1. Расчет бетонных элементов по прочности на смятие
- •14.2. Расчет прочности на смятие элементов с косвенным армированием
- •14.3. Расчет на отрыв
- •14.4. Расчет на продавливание
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 15. Усталостная прочность конструкций
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 16. Расчет трещиностойкости железобетонных конструкций
- •16.1. Сопротивление железобетонного элемента раскрытию нормальных трещин
- •16.2. Расчет ширины раскрытия наклонных трещин
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 17. Расчет железобетонных конструкций по деформациям
- •17.1. Предельно допустимые прогибы
- •17.2. Расчетные модели для определения прогибов
- •17.3. Прогибы железобетонных элементов, работающих без трещин
- •17.4. Прогибы железобетонных элементов, работающих с трещинами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 18. Требования по конструированию железобетонных конструкций
- •18.1. Защитный слой бетона
- •18. 2. Предельное содержание арматуры в сечении
- •18.3. Минимальные размеры поперечного сечения
- •Минимально допустимая толщина железобетонных плит
- •18.4. Расстояния между стержнями продольной арматуры
- •18.5. Расстояние между стержнями поперечной арматуры
- •18.6. Рекомендуемые диаметры арматурных стержней
- •Предельно допустимые диаметры арматуры
- •Вопросы для самоконтроля
- •Раздел 3. Предварительно напряженные конструкции Лекция 19. Общие сведения о предварительно напряженных конструкциях
- •19.1. Общие сведения
- •19.2. Классификация предварительно напряженных конструкций
- •19.3. Технология создания предварительного напряжения в конструкциях
- •19.4. Сущность предварительно напряженных конструкций
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 20. Потери предварительного напряжения
- •20.1. Назначение величины предварительного напряжения
- •20.2. Виды потерь предварительного напряжения
- •20.3. Определение потерь предварительного напряжения
- •20.4. Усилие предварительного обжатия
- •20.5. Нормальные напряжения при обжатии
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 21. Особенности расчета предварительно напряженных конструкций
- •21.1. Общие положения
- •21.2. Особенности расчета предварительно напряженных конструкций по предельным состояниям первой группы
- •21.3. Особенности расчетов предварительно напряженных конструкций по предельным состояниям второй группы
- •21.4. Расчет предварительно напряженной конструкции при передаче усилия предварительного обжатия
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 22. Требования по конструированию предварительно напряженных железобетонных конструкций
- •22.1. Общие положения
- •22.2. Размещение арматуры в сечении
- •22.3. Защитный слой бетона
- •22.4. Требования к анкеровке напрягаемой арматуры
- •Вопросы для самоконтроля
- •Руководство к практическим занятиям Общие требования
- •Цели и содержание занятий
- •Тема 1. Расчет прочности нормальных сечений железобетонных элементов прямоугольного профиля при действии изгибающих моментов
- •Решение:
- •Пример 2
- •Решение:
- •Решение:
- •Пример 4
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Пример 5
- •Пример 7
- •Пример 8
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тема 3 Расчет прочности нормальных сечений и площади продольной арматуры железобетонных элементов таврового профиля при действии изгибающих моментов
- •Пример 9
- •Решение:
- •Пример 10
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Контрольная работа №1
- •Решение:
- •Пример 12
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Тема 5. Расчет прочности и площади поперечной арматуры наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов
- •Решение:
- •Пример 14
- •Решение:
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Тема 6. Расчет прочности и площади поперечного сечения продольной арматуры железобетонных элементов по общему деформационному методу с применением программного комплекса «Бета»
- •Пример 15
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Контрольная работа №2
- •Вопросы к экзамену
- •Приложения
- •Термины и определения Арматура для железобетонных изделий и конструкций
- •Бетоны для бетонных и железобетонных конструкций
- •Конструкции и изделия бетонные и железобетонные
- •Проектирование бетонных и железобетонных конструкций
- •Изготовление бетонных и железобетонных конструкций
- •Эксплуатация бетонных и железобетонных конструкций
6. Общие методические рекомендации по изучению курса
При изучении курса «Железобетонные конструкции» студентам следует использовать следующую литературу:
Основная
Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования// Курс лекций для студентов строительных специальностей. Под ред. проф. Т.М. Пецольда и проф. В.В. Тура.– Брест, БГТУ, 2002 – 466 с., с илл.
Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1985. – 728с.
Дополнительная
СНБ 5.03.01–02. «Конструкции бетонные и железобетонные».– Мн.: Стройтехнорм, 2002 г. – 274 с.
ТКП EN 1992-1-1-2009 – «Проектирование железобетонных конструкций»
СНиП 2.07.01–85 «Нагрузки и воздействия».– Госстрой СССР.– М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.– 34 с.
ТУ РБ 04778771–001–93 «Сталь стержневая арматурная механически и термически упрочненная периодического профиля. Технические условия».
Карпенко Н.И. Теоретические и методические аспекты расчета железобетонных конструкций с учетом физической нелинейности// Российская архитектурно-строительная энциклопедия.– М.: 1998.– т. V.– 320 с.
Бондаренко В.М., Судницын А.И. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. пос. для вузов. – М.: Высшая школа, 1984. – 176с.
Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учеб. Пособие для техникумов. –М.: Стройиздат, 1989. – 506с.
Залесов А.С., Кодыш Э.Н., Лемыш Л.Л., Никитин И.К. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям.– М.: Стройиздат, 1988.
Тур В.В., Кондратчик А.А. Расчет железобетонных конструкций при действии перерезывающих сил.– Брест: изд. БГТУ, 2000 – 400 с.
Тур В.В., Рак Н.А. Характеристики свойств бетона при расчете железобетонных конструкций.– Брест: изд. БГТУ, 2002
курс лекций
Раздел 1. Физико-механические свойства
материалов железобетона и основы метода
расчета конструкций по предельным состояниям
Лекция 1. СУЩНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА.
Исторический очерк и перспективы развития
железобетонных конструкций
Ежегодный объем производства и применение бетона и железобетона в мировой практике строительства намного опережает другие виды материалов. Благодаря высоким физико-механическим свойствам, доступности исходных материалов, включая отходы других отраслей промышленности, экологической нейтральности по отношению к окружающей среде, низкой энергоемкости железобетон надолго сохранит свою лидирующую роль среди других материалов и конструкций. В обозримой перспективе изделия из железобетона останутся основными, прогрессивными и непрерывно развивающимися конструктивными элементами строительства различных объектов. Одно из важнейших достоинств предварительно напряженных железобетонных конструкций – возможность применения высокопрочных сортов арматурной стали. Однако экономическая эффективность за счет снижения материалоемкости конструкций может быть обеспечена лишь при условии рационального использования высоких механических свойств применяемой арматуры как из стального проката, так и из более прочных материалов.
Железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной работы в конструкции бетона и стальных стержней.
Эффективность железобетона объясняется следующими его свойствами:
благодаря хорошему сцеплению арматуры с бетоном, обеспечиваются совместные деформации до определенного уровня напряжений;
близкие коэффициенты температурного линейного расширения (для стали, приблизительно =1,2×10-5 град-1, а для бетона в пределах от =0,7×10-5 град-1 до =1,0×10-5 град-1 в зависимости от вида бетона);
бетон надежно защищает арматуру от воздействия агрессивных сред, предохраняет от воздействия огня при пожаре.
Недостатки железобетонных конструкций:
большой собственный вес
раннее образование трещин в растянутой зоне сечения
В момент образования трещин нагрузка на балку составляет всего 15..20 % от предельной. В сечениях с трещиной бетон выключается из работы, а растягивающие усилия воспринимает арматура (рис. 1.1). Стремление уменьшить влияние раннего образования трещин, привело к созданию предварительно напряженных железобетонных конструкций (рис. 1.2).
Рис. 1.1. Характер образования трещин и разрушения бетонной (а) и железобетонной (б) балок
Предварительное напряжение в 2..3 раза повышает трещиностойкость и жесткость конструкций по сравнению с обычным железобетоном. При этом прочность предварительно напряженных конструкций практически не зависит от величины предварительного напряжения арматуры.
Характер распределения предварительного напряжения в бетоне элементов зависит от геометрии сечения элементов, положения в их сечении напрягаемой арматуры, степени ее предварительного напряжения, физико-механических свойств бетонa и.
Способы создания предварительного напряжения:
натяжение на упоры
натяжение на бетон
применение напрягающего бетона
|
|
Рис. 1.2. Предварительно напряженная балка при натяжении арматуры на упоры (а), возможные эпюры напряжения в бетоне после отпуска напрягаемой арматуры (б) и в стадии разрушения (в)
Таблица 1.1
Ориентировочное сравнение свойств обычных железобетонных и предварительно напряженных конструкций
Свойство |
Обычная железобетонная конструкция |
Предварительно напряженная конструкция |
Прочность бетона fc, МПа |
от 15 до 40 |
от 40 до 100 и более |
Вид стали |
Низкоуглеродистая |
высокоуглеродистая |
Прочность арматурной стали fsy (fpy), МПа |
от 190 до 500 |
от 800 до 1800 |
Собственный вес конструкции (расход бетона) |
100 % |
40..70 % |
Рабочее армирование (расход арматуры) |
100 % |
30..50 % |
Трещиностойкость |
допускается образование и развитие трещин, остаются при эксплуатации |
полное отсутствие трещин, либо ограниченное их раскрытие, возможность зажатия при снижении нагрузки |
Огнестойкость |
очень хорошая или хорошая |
хорошая |
Сопротивление действию циклических нагружений |
хорошее до образования трещин |
хорошее |
Пролет балок, м |
до 30 |
до 300 |
Технологические особенности изготовления железобетонных конструкций
Железобетонные конструкции могут быть:
сборными
монолитными
сборно-монолитными
Основные этапы развития железобетона
По влиянию на развитие мировой цивилизации изобретение железобетона смело можно поставить в один ряд с открытием электричества или появлением авиации.
1850 г. - Ламбо построил лодку из цементного раствора армированную железом, которая демонстрировалась на Всемирной выставке в Париже в 1855 году.
В 1861 г. парижский садовник Ж. Монье начал изготавливать переносные кадки для цветов, а в 1867 г. получил патент на армированные бетонные плиты.
В семидесятых–восьмидесятых годах в разных странах был внесен ряд предложении по армированию железобетонных плит.
1892 г. - француз Ф. Геннебик запатентовал конструктивную систему каркасного здания с ребристым железобетонным перекрытием (плиты, балки, колонны и фундаменты) которая легла в основу всех дальнейших разработок в этом направлении.
конец XIX столетия - сформулированы и закреплены в первых нормативных документах основные предпосылки практического метода расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям.
1939 г. - впервые в мировой практике теория расчета железобетонных конструкций по стадии разрушения предложенная проф. А.Ф. Лолейтом в 1932 г. блестяще доведена до практического применения А.А. Гвоздевым, Я.В. Столяровым, В.И. Мурашовым, В.В. Михайловым, П.Л. Пастернаком, В.А. Бушковым и др.
1886 г. Мандель (Австрия) и П.Г. Джексон (США), а в 1888 г., К. Деринг (Германия) получили патенты на предварительное напряжение арматуры, которые были основаны на понятии, что бетон хорошо работает на сжатие и плохо – на растяжение
30-х годах XX столетия - широкое практическое применение предварительно напряженных конструкций (благодаря работам Э. Фрейсине (Франция) и В.В. Михайлова (СССР)) когда металлургическая промышленность освоила производство высокопрочных сталей.
1935 г. - Р.Э. Дилл (США) создал конструкции с натяжением высокопрочной стальной арматуры с ее анкеровкой с помощью гаек (рис. 1.3).
Этот период, когда началось промышленное освоение производства предварительно напряженного железобетона, когда теоретический уровень расчета железобетонных конструкций был достаточно высоким, благодаря работам А.Ф. Лолейта, А.А. Гвоздева, П.Л. Пастернака и др., можно считать началом второго этапа развития железобетона.
Переход к расчету железобетонных конструкций по предельным состояниям, массовое применение сборного обычного и предварительно напряженного железобетона высокой степени унификации и типизации, монолитных и сборно-монолитных конструкций можно считать третьим этапом в развитии теории и практики железобетона.
Рис. 1.3. Иллюстрация к первому патенту, относящемуся к предварительному напряжению конструкции
Перспективы развития бетонных и железобетонных конструкций
Приоритетные направления развития и применения железобетона на современном этапе:
– разработка высокопрочных, быстротвердеющих легких и коррозионностойких бетонов с применением химических добавок; особая роль здесь отводится напрягающим бетонам;
– разработка новых видов сборных, сборно-монолитных и монолитных железобетонных конструкций с высокой унификацией изделий и создание прогрессивных конструктивных систем зданий и сооружений на их основе;
– создание новых типов стальной и неметаллической арматуры;
– создание прогрессивных, высокомеханизированных и автоматизированных технологий бетонных и арматурных работ, внедрение безопалубочного формования массовых предварительно напряженных конструкций на длинных стендах с минимальным расходом энергоносителей и использованием высокопрочной арматурной стали и высокопрочных бетонов;
– совершенствование опалубок и технологии возведения монолитного железобетона;
– повышение долговечности и надежности бетонных и железобетонных конструкций;
– совершенствование методов контроля качества бетона и арматуры, методов обследования и усиления конструкций зданий и сооружений;
– совершенствование на базе новых экспериментальных исследований теории расчета и конструирования железобетонных конструкций, в том числе с использованием современного программного обеспечения расчетов на ЭВМ.