Железобетонные и каменные конструкции

1.1. Основные физико-механические свойства бетонов.

Затвердевший бетон относится к материалам составного (конгломератного) типа, так как включает в себя заведомо разнородные компоненты - зерна заполнителей, скрепленные цементным камнем. Поэтому к важнейшим свойствам, определяющим качество цементного камня, относятся прочность и адгезия, т. е. способность к сцеплению с зернами заполнителя.

Основными показателями качества тяжелого бетона являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость и водонепроницаемость. Отличительная особенность бетонных работ - значительная неоднородность получаемого бетона. В необходимых случаях устанавливают также классы бетона по прочности на осевое растяжение, обозначаемый индексом Вt, и на растяжение при изгибе - Btb.

На растяжение бетон работает намного хуже, чем на сжатие: предел прочности при растяжении в 10...20 раз меньше предела прочности при сжатии. Для повышения несущей способности, в особенности при изгибе и растяжении, бетон сочетают со стальной арматурой, изготовляя железобетонные конструкции.

По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

По плотности: особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м3), тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м3), облегченные (плотность 1800—2200 кг/м3), легкий (плотность 500—1800 кг/м3).

1.2. Бетоны, применяемые в строительных конструкциях: классы и марки.

Основной показатель, которым характеризуется бетон — прочность на сжатие. По ней устанавливается класс бетона.

Класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Принимается с гарантированной обеспеченностью 0,95.

Наряду с классами, прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами от 50 до 1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см2.

Классы: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Соответствующие марки: М50, М75, М100, М150, М150, М200, М250, М350, М400, М450, М550, М600, М600, М700, М800.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000 (количество циклов замерзания-оттаивания).

Водонепроницаемость — характеристика материала, показывающая, при достижении каких значений гидростатического давления этот материал теряет способность не впитывать и не пропускать через себя воду.

Марки по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8, W12, W14, W16, W18, W20 (давление воды (кгс/см2), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду в условиях стандартного испытания).

2.1. Основные физико-механические свойства сталей.

Зависимость деформаций (Е) от напряжений ().

График 1. Обычная сталь (малоуглеродистая, мягкая).

Первый участок (прямая линия): стадия упругой работы, после разгрузки, деформации исчезают.

Второй участок: площадка текучести, деформации происходят почти без увеличения нагрузки. Снятие напряжений приводит к остаточным деформациям.

Третий участок: стадия самоупрочнения – происходит повышение сопротивления внешним воздействиям, упругопластическая работа (до временного сопротивления).

Четвертый участок: после достижения точки временного сопротивления деформации моментально возрастают, площадь сечения уменьшается, если нагрузку не снять, происходит разрушение.

График 2. Углеродистая сталь (легированная, закаленная, хрупкая).

Стадии те же, что и на первом графике, лишь отсутствует площадка текучести (после упругих деформаций сразу же проявляется зона повышения сопротивления и почти сразу же - разрушение).

При повторных нагрузках в упругой стадии работа материала не меняется. В упругопластической стадии повторная нагрузка ведёт к увеличению пластических деформаций в результате необратимых искажений структуры Ме предыдущим нагружением и увеличением числа дислокаций. При перерыве упругие свойства восстанавливаются и достигают пределов предыдущего цикла (наклёп). При многократном непрерывном нагружении возникает явление усталости, выражающееся в понижении прочности, приближающейся к некоторой величине предела усталости, ниже которого разрушения стали не происходит.