- •Вопросы
- •1. Особенности структуры бетона, виды дефектов.
- •2. Классификация бетонов.
- •3. Характеристики прочности бетона при сжатии.
- •4. Прочность бетона при растяжении.
- •5. Классы и марки бетона.
- •6. Усадка бетона и влияющие на нее факторы.
- •7. Деформирование бетона при кратковременном нагружении. Модули деформаций.
- •8. Деформирование бетона при длительном нагружении. Ползучесть бетона.
- •9. Виды арматуры.
- •10. Диаграмма «s - s» для сталей с физическим пределом текучести.
- •11. Диаграмма «s - s» для сталей с условным пределом текучести.
- •12. Способы упрочнения арматурных сталей. Релаксация напряжений (см. Вопрос 9).
- •13. Классификация арматуры по классам и маркам.
- •14. Цели и способы создания предварительно напряжения. Способы натяжения арматуры.
- •15. Первые потери и причины их возникновения.
- •16. Вторые потери и причины их возникновения.
- •17. Первая группа предельных состояний. Нагрузки и сопротивления материалов.
- •18. Вторая группа предельных состояний. Нагрузки и сопротивления материалов.
- •19. Метод расчета по допускаемым напряжениям.
- •Стадии напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов.
- •24. Расчет прочности изгибаемых элементов таврового сечения. Опред-е площ. Арматуры.
- •25. Условие прочности балки по наклонной полосе между наклонными трещинами.
- •26. Форма разрушения балок по наклонной трещине. Усл-я прочности на действие момента и поперечной силе по наклонной трещине.
- •27. Определение несущей способности наклонного сечения элемента с поперечной арматурой.
- •28. Упрощенный расчет по прочности внецентренно сжатых элементов со случайным эксцентриситетом.
- •29. Способ учета влияния прогибов на прочность внецентренно сжатых элементов.
- •30. Расчет по прочности внецентренно сжатых элементов по случаю 1. Элементы с симметричной арматурой.
- •31. Требования к трещиностойкости железобетонных элементов.
- •32. Расчет по образованию трещин центрально растянутых элементов.
- •32. Расчет по образованию трещин изгибаемых элементов.
- •Расчет по раскрытию трещин.
- •33. Условие расчета по деформациям. Общий метод определения прогибов.
- •35. Определение кривизны элемента без трещин.
- •36. Определение кривизны элемента с трещинами.
Структура бетона,
виды дефектов.
Классификация
бетонов.
Хар-ки прочности
бетона при сжатии.
Прочность бетона
при растяжении.
Классы и марки
бетона.
Усадка бетона и
влияющие на нее факторы.
Деформирование
бетона при кратковременном нагружении.
Модули деформаций.
Деформирование
бетона при длительном нагружении.
Ползучесть бетона. Мера и характеристика
ползучести бетона.
Виды арматуры.
Диаграмма «S
- S»
для сталей с физическим пределом
текучести.
Диаграмма «S
- S»
для сталей с условным пределом текучести.
Способы упрочнения
арматурных сталей. Релаксация напряжений.
Классификация
арматуры по классам и маркам.
Цели и способы
создания предварительного напряжения.
Способы натяжения арматуры.
Первые потери и
причины их возникновения.
Вторые потери и
причины их возникновения.
Первая группа
предельных состояний. Нагрузки и
сопротивления материалов.
Вторая группа
предельных состояний. Нагрузки и
сопротивления материалов.
Метод расчета по
допускаемым напряжениям. Приведенное
сечение.
Расчет прочности
изгибаемых элементов прямоугольного
сечения с одиночной арматурой.
Определение площади арматуры.
Расчет прочности
изгибаемых элементов прямоугольного
сечения с одиночной арматурой.
Определение размеров сечения и площади
арматуры.
Расчет прочности
изгибаемого элемента прямоугольного
сечения с двойной арматурой. Определение
площади растянутой арматуры.
Расчет прочности
изгибаемого элемента прямоугольного
сечения с двойной арматурой. Определение
площадей растянутой и сжатой арматуры.
Расчет прочности
изгибаемых элементов таврового сечения.
Определение площади арматуры.
Условие прочности
балки по наклонной полосе между
наклонными трещинами.
Форма разрушения
балок по наклонной трещине. Усл-я
прочности на действие момента и
поперечной силе по наклонной трещине.
Определение
несущей способности наклонного сечения
элемента с поперечной арматурой.
Упрощенный расчет
по прочности внецентренно сжатых
элементов со случайным эксцентриситетом.
Способ учета
влияния прогибов на прочность
внецентренно сжатых элементов.
Расчет по прочности
внецентренно сжатых элементов по
случаю 1. Элементы с симметричной
арматурой.
Требования к
трещиностойкости железобетонных
элементов.
Расчет по образованию
трещин центрально растянутых элементов.
Расчет по образованию
трещин изгибаемых элементов.
Условие расчета
по деформациям. Общий метод определения
прогибов элементов.
Определение
кривизны элемента без трещин.
Определение
кривизны элемента с трещинами.
Структура бетона
весьма неоднородна: она образуется в
виде пространственной решетки из
цементного камня, заполненной зернами
песка и щебнем различной крупности и
формы, пронизанной большим количеством
микропор и капилляров, которые содержат
химически несвязанную воду, водяные
пары и воздух. Физически бетон представляет
собой капиллярно-пористый материал, в
котором нарушена сплошность массы и
присутствуют все три фазы. Цементный
камень также обладает неоднородной
структурой и состоит из упругого
кристаллического сростка и наполняющей
его вязкой массы – геля.
Длительные процессы,
происходящие в бетоне, - изменение
водного баланса, уменьшение объема
твердеющего геля, рост упругих
кристаллических сростков – наделяют
бетон упругопластическими свойствами.
Старение для бетона
играет положительную роль.
Дефекты:
разрыхление (появление трещин и
разрушение во времени).
По структуре:
- плотная структура
(когда объем пор объем пор < 6% от общего
объема);
- поризованный;
- ячеистый (вместо
крупного заполнителя – поры);
- крупнопористый
(мало мелкого заполнителя).
По плотности:
- особо тяжелый
(плотность более 2500 кг/м3);
- тяжелый (2200 –
2500 кг/м3);
- мелкозернистый
(1800 – 2200 кг/м3);
- легкий (800 – 2000
кг/м3).
По виду заполнителя:
- на плотных
заполнителях;
- на пористых
заполнителях;
- на заполнителях,
удовлетворяющих требованиям биологической
защиты;
- то же, жаростойкости
и т.д.
По зерновому
составу:
- крупнозернистый
(крупный и мелкий заполнитель);
- мелкозернистый
(в основном, только мелкий заполнитель).
По условиям
твердения:
- естественного
твердения;
- подвергнутый
тепловлажнастной обработке при
естественном давлении;
- подвергнутый
автоклавной обработке при высоком
давлении.
По СНиП 2.03.01-84*,
тяжелый бетон
- крупнозернистый бетон с плотным
заполнителем (тяжелый по объемной
массе).
В качестве плотных
заполнителей м.б. щебень из горных пород
(песчаника, гранита, диабаза и др.) и
природный кварцевый песок. Пористые
заполнители м.б. естественными (перлит,
пемза, ракушечник и др.) или искусственными
(керамзит, шлак). В зависимости от
вида заполнителей пористых различают
керамзитобетон, шлакобетон, перлитобетон
и т.д.
Кубиковая
прочность
(R)
– временное сопротивление осевому
сжатию кубика с размерами граней 15 см
в возрасте 28 дней при нормальных условиях
твердения. Кубы разрушаются вследствие
разрыва бетона в поперечном направлении
(рис. а).
Наклон трещин
обусловлен силами трения, которые
препятствуют свободным поперечным
деформациям куба и создают эффект
обоймы.
Если устранить
влияние сил трения смазкой контактных
поверхностей (рис.
б), поперечные
деформации проявляются свободно,
трещины развиваются в направлении,
параллельном действию сжимающей силы,
а временное сопротивление уменьшается
(R’
0,5R).
По нормам, кубы испытывают без смазки
контактных поверхностей.
Прочность зависит
от размера образца:
- кубик со сторонами
10 см
1,1R;
- то же, 20 см
0,93R.
Призменная
прочность
(Rb)
– временное сопротивление призмы при
h/a
= 4.
Влияние сил трения
уменьшается с увеличением ее высоты и
при h/a
= 4 значение Rb
становится почти стабильным и равным
0,75R.
Влияние гибкости бетонного образца
при этом не сказывается, оно ощутимо
лишь при h/а
8.
Зависит от прочности
цементного камня на растяжение и
сцепления его с зернами заполнителя.
Известно, что Rbt
= (0,1…0,05)R.
Повышение прочности бетона достигается
увеличением расхода цемента, уменьшением
W/C,
применением щебня с шероховатой
поверхностью.
Также, Rbt
можно найти по эмпирической формуле:
Rbt
= 0,233R2/3.
Более точно значение Rbt
определяют испытаниями: на разрыв –
образцов в виде восьмерки, на раскалывание
– в виде цилиндров, на изгиб - бетонных
балок. По разрушающему моменту бетонной
балки определяют: Rbt
= = M/(W),
где
= 1,7 – учитывает криволинейный характер
эпюры
в растянутой зоне.
Класс бетона
по прочности на
сжатие –
кубиковая прочность, выраженная в МПа
и назначенная с обеспеченностью 0,95.
Для тяжелых бетонов: В7,5;
В10;
В15;
… В55;
В60.
Класс бетона
по прочности на
растяжение
– прочность бетона на осевое растяжение
(МПа)
с обеспеченностью 0,95. Бывают: Bt0,8;
Bt1,2;
… Bt3,2.
Марка по
морозостойкости
– число выдерживаемых бетоном циклов
попеременных замораживания и оттаивания
в насыщенном водой состоянии, при
снижении прочности не более чем на 15%.
Бывают: F50;
F100;
… F500.
Марка по
водонепроницаемости
– предельное давление воды (кг/см2),
при котором еще не наблюдается ее
просачивание через образец. Разделяют:
W2;
W4;
… W12.
Марка по плотности
– плотность бетона в кг/м3,
для тяжелого бетона от D2200
до D2500,
градация 100.
Усадка
– уменьшение объема бетона при твердении
на воздухе. Обратный процесс – набухание.
Причина
усадки:
испарение влаги, приводящее к уменьшению
объема гелевой составляющей цементного
камня. Усадка характеризуется sh.
В следствии усадки
могут образовываться трещины, особенно
на поверхности конструкции, в связи с
неравномерной усадкой внутри и снаружи.
Факторы, усиливающие
усадку:
- увеличение воды
и цемента в бетоне;
- уменьшение
крупности заполнителя;
- уменьшение влаги
окружающей среды.
Бетон – нелинейный
материал, т.е. он нелинейно деформируется.
При однократном нагружении:
Общая деформация
складывается из упругой и пластичной
деформаций: b
= e
+ pl.
Т.е. бетон –упруго-пластичный материал.
Вследствие
нелинейности диаграммы /,
модули
деформаций
являются переменными. Вводятся еще 2
их вида:
- секущий
модуль деформаций:
tg1
= E’b
= b
/ b
– выражается через модуль упругости:
E’b
= Eb
b,
где b
= e
/ b
= e
/ (e
+ pl).
- касательный
модуль:
E’’b
= db
/ db
= tg2.
Где 2
– угол м/у касательной и горизонталью
в какой-либо точке.
Нисходящая ветвь
появляется при испытаниях на специальных
прессах. Опытно получено:
bu
= 210-3
– при кратковременном нагружении;
bu
= 2,510-3
– при длительном нагружении;
b,max
= (3…4)10-3;
btu
= 0,1510-3.
При некотором
нагружении нагрузка фиксируется и
остается постоянной. С течением времени
деформации бетона увеличиваются.
Ползучесть
– рост деформаций при постоянном
нагружении, связано с гелевой составляющей.
Здесь tg
= Epl.
Ползучесть разделяют
на линейную (зависимость м/у напряжениями
и деформациями линейная
ная) и нелинейную
(начинается при образовании микротрещин).
Параметры
ползучести:
1. мера
ползучести
(с):
c(t)
= pl
/ b.
2. характеристика
ползучести:
Арматура
– стальные стержни и сетки, которые
располагаются в конструкции для
восприятия усилий и удовлетворения
конструктивным и технологическим
требованиям. Рабочая
арматура
ставится по расчету для восприятия
усилий, растягивающих или сжимающих.
Конструктивная
арматура
ставится без расчета для восприятия
усилий не поддающихся расчету (усадка,
температура и т.д.), а также по др.
соображениям.
Виды арматуры:
По форме поперечного
сечения:
- гибкая (
3
80 мм);
- жесткая (прокатные
элементы).
По способу
изготовления:
- стержневая
арматурная сталь:
горячекатаная
(стержни
от 80 мм);
термически
упрочненная;
- проволочная
арматурная сталь (
3
8 мм):
обыкновенная
проволока;
высокопрочная
проволока.
По форме
поверхности:
- гладкая гибкая
арматура (у нее малое сцепление с
с бетоном, она
применяется как конструктивная, а как
рабочая применяется малых диаметров,
т.к. сила сцепления обратно пропорциональна
радиусу сечения);
- периодического
профиля (недостаток: в выступах
концентрация напряжений и увеличивается
опасность хрупкости):
винтовая
елочкой
По способу
применения:
- напрягаемая;
- ненапрягаемая.
К вопросу 12.
Релаксация
– уменьшение с течением времени
напряжений при постоянной начальной
деформации.
Этот вопрос совсем
кратко (это знает каждый).
у
– физический предел текучести, при
этом напряжении развиваются пластические
деформации;
su
– временное сопротивление разрыву.
Этот вопрос совсем
кратко (это знает каждый).
0,2
– условный предел текучести, напряжение,
при котором остаточные деформации
составят 0,2% = 0,002.
su
– временное сопротивление разрыву.
1. Выдержка в
холодном состоянии арматуры с физическим
пределом текучести.
2. Термическое
упрочнение – нагревание до температуры
800ОС
и потом охлаждение. Повышается временное
сопротивление (до 2у).
3. Применение
различных добавок (0,6 – 2%): углерод,
марганец, кремний, хром, титан, цирконий
и т.д.
4. Протаскивание
проволоки через отверстия с последовательно
уменьшающимися диаметрами.
По маркам
(по химическому составу): 5Г2С, 80С, 18Г2 и
т.д.
По классам.
В классах объединены стали разных
марок, но с одинаковыми прочностными
и деформативными свойствами.
- группы сталей с
физическим пределом текучести: А-I
A-II
A-III
(мягкие стали)
у
= 240 300 400 МПа
= 25% 19% 14%
гладкая
периодического профиля
A-IV
A-V
A-VI
(с усл. пред. текуч-ти)
A-IVт
A-Vт
A-VIт
(терм. упрочненная)
0,2
= 600 800 1000 МПа
периодического
профиля
Проволочная
арматура.
Вр-I
(р – рифленая)
3–5 мм,
обыкновенная проволока, 0,2
= 500 МПа.
Высокопрочная
гладкая арматура: В-II
3–8 мм,
0,2
= 1100–1500 МПа
(в зависимости от ).
Высокопрочная
рифленая арматура: Вр-II
3–8 мм,
0,2
= 1100–1500 МПа.
Бетон обладает
малой прочностью на растяжение, поэтому
при обычном армировании в растянутых
зонах возникают трещины, которые не
позволяют применять высокопрочную
арматуру в обычных целях. Трещины
возникают, если деформации в арматуре
достигнут предельных деформаций.
Преднапряжение
создает предварительное обжатие
растянутой зоны и при нагружении сначала
надо преодолеть начальное преднапряжение,
вследствие чего предельная нагрузка
увеличивается.
Преднапряжение
обеспечивает:
- применение
высокопрочной арматуры, что снижает
расход стали;
- повышение нагрузки,
при которой образуются трещины и
снижение ширины образующихся трещин
(это позволяет расширить область
применения ж/б конструкций, раб-их на
растяжение);
- повышение жесткости
конструкций, т.е. уменьшение прогиба;
- повышает усталостную
при циклических нагр-х.
На прочность
конструкций преднапряжение не влияет.
Способы создания
преднапряжения.
Натяжение на
упоры. Ход
действий:
1) натягивается
арматура, закрепляется на упоры;
2) бетонируется
конструкция;
3) после достижения
бетоном необходимой прочности, арматура
отпускается с упор.
Это основной
индустриальный способ.
Натяжение на
бетон.
Действия:
1) бетонируется
конструкция с оставленными каналами;
2) через эти каналы
протягивается арматура и натягивается
с передачей усилий на бетон;
3) производится
инъекция заполнения каналов раствором
под давлением.
Методы натяжения
арматуры.
1. Механический:
домкраты, навивочные машины.
2. Электротермический:
стержни нагревают током (стержень
удлиняется), затем его закрепляют (t
= 300–350ОС),
производят бетонирование, после чего
арматура отпускается.
3. Электротермомеханический.
4. Применение
напрягающего бетона.
Первые потери
(loc1)
– потери до натяжения и в процессе
натяжения.
1
– от релаксации напряжений в арматуре.
2
–от температурного перепада м/у
арматурой и формой.
3
– от деформации анкеров: 3
= (l/l)Es.
4
– от трения арматуры о криволинейную
поверхность;
5
– от деформации самой формы при
неодновременном натяжении стержней;
6
– от быстро наступающей ползучести
бетона: 6
= 40(вр
/Rвр),
где вр
– напряжение в сжатом бетоне от
напряжения арматуры на уровне цента
ее тяжести.
Вопросы
1. Особенности структуры бетона, виды дефектов.
2. Классификация бетонов.
3. Характеристики прочности бетона при сжатии.
4. Прочность бетона при растяжении.
5. Классы и марки бетона.
6. Усадка бетона и влияющие на нее факторы.
7. Деформирование бетона при кратковременном нагружении. Модули деформаций.
8. Деформирование бетона при длительном нагружении. Ползучесть бетона.
9. Виды арматуры.
10. Диаграмма «s - s» для сталей с физическим пределом текучести.
11. Диаграмма «s - s» для сталей с условным пределом текучести.
12. Способы упрочнения арматурных сталей. Релаксация напряжений (см. Вопрос 9).
13. Классификация арматуры по классам и маркам.
14. Цели и способы создания предварительно напряжения. Способы натяжения арматуры.
15. Первые потери и причины их возникновения.