книги из ГПНТБ / Леви С.С. Бетонные и железобетонные работы

Раздел второй

АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ

I.АРМАТУРА И АРМАТУРНАЯ СТАЛЬ

1.Назначение и виды арматуры

Арматурой железобетона называются стальные стерж­ ни различной формы, размещенные в бетоне в соответ­ ствии с работой конструкции. Железобетонные конструк­ ции подразделяются на обычные с ненапряженной арма­ турой и предварительно напряженные. Последние в СССР применяются в монолитном железобетоне еще в незначительных количествах, но в силу своих положи­ тельных качеств имеют перспективы для более широко­ го распространения.

Принципиальное отличие предварительно напряжен­ ных конструкций заключается в том, что бетон этих кон­ струкций до приложения к нему эксплуатационных на­ грузок обжимается натягиваемой арматурной проволо­ кой, создающей в нем напряжения сжатия. Этим дости­ гается повышение его трещиностойкости, долговечности и снижение собственного веса конструкции при одинако­ вой несущей способности с обычными железобетонными конструкциями.

В настоящей книге описываются арматурные работы, связанные с возведением обычных железобетонных кон­ струкций, а также частично приводятся некоторые све­ дения, относящиеся к предварительно напряженным же­ лезобетонным конструкциям.

Вобычных железобетонных конструкциях назначение

иработа арматуры наиболее просто уясняются при рас­ смотрении нагруженной железобетонной балки прямо­

угольного сечения (рис. 43).

Под действием приложенных нагрузок балка изгиба­ ется,вследствие чего верхняя часть балки испытывает сжатие, а нижняя — растяжение. (В средней части, на границе зон сжатия и растяжения, проходит нейтраль­ ная линия, где нет сжимающих и растягивающих сил.) Бетон как всякий камень хорошо сопротивляется сжа­

80

тию и значительно хуже растяжению. (Сопротивление бетона растяжению в 10—15 раз меньше, чем сжатию.) Поэтому в растянутую зону балок обязательно вводят материал, усиливающий сопротивление конструкции растяжению. Таким материалом является арматурная

му изменения температуры конструкции не приводят к нарушению сцепления арматуры с бетоном и не оказыва­ ют отрицательного влияния на прочность конструкции. В то же время бетон, обладающий меньшей теплопровод­ ностью, чем сталь, защищает ее от резких колебаний температуры; предохраняет арматуру от коррозии (ржавления), так как создает вокруг стержней слой, за­ щищающий сталь от воздействия влаги и вредных газов.

Арматурные стержни, сваренные или связанные меж­ ду собой, образуют арматурный каркас.

Арматура подразделяется на рабочую, распредели­ тельную, монтажную и хомуты.

Рабочая арматура рассчитывается в большинстве случаев на восприятие растягивающих усилий, возника­ ющих в железобетонной конструкции от внешних нагру­ зок и собственного веса бетона и стали. При размещении в сжатой зоне конструкций рабочая арматура рассчиты­ вается на сжимающие усилия.

Распределительная арматура служит для равномер­ ного рассосредоточения нагрузок между рабочими

стержнями и обеспечения их совместной работы, для чего стержни распределительной арматуры соединяются со стержнями рабочей арматуры посредством сварки или, в некоторых случаях, вязки проволокой.

Монтажная арматура служит только для сборки от­ дельных стержней в арматурный каркас. На восприятие усилий она не рассчитывается.

Хомуты служат для предохранения от разрушения по косым трещинам в балках около опор, а также для об­ разования каркасов из отдельных стержней.

Распределительная арматура и хомуты сохраняют

Количество арматуры в железобетонной конструкции обычно характеризуется коэффициентом армирования р, т. е. отношением общей площади поперечного сечения рабочей арматуры F& к расчетной площади сечения бе­ тона Кб, выраженным в процентах:

И =5-7^ = 100%.

■гб Минимальная площадь сечения рабочей арматуры

в процентах от площади расчетного сечения бетона зави­ сит от марки бетона, а также от марки стали и вида ар­

Гибкой называется арматура, изготовленная из стержней круглого сечения. Жесткая арматура изготов­ ляется из фасонного проката: уголков, двутавров, швел­ леров и рельсов, используемых преимущественно для несущей арматуры. (Арматура называется несущей, ес­ ли она до бетонирования используется для подвески опалубки и воспринимает нагрузку от рабочих, приспо­ соблений, бетона и пр. Применять ■несущую арматуру, требующую увеличенного расхода стали, следует только в тех случаях, когда это обосновано технико-экономиче­ скими расчетами.)

2.Основные свойства арматурной стали

итребования, предъявляемые к ней

Количество углерода в стали резко влияет на ее свой­ ства. С увеличением содержания углерода прочность

82

и твердость стали также увеличивается, но она при этом, как правило, становится более хрупкой и хуже свари­ вается.

Взависимости от содержания углерода сталь подраз­ деляют на три группы: 1) низкоуглеродистая — менее 0,25%; 2) среднеуглеродистая — от 0,25 до 0,6%; 3) вы­ сокоуглеродистая — от 0,6 до 2%.

Вцелях улучшения некоторых свойств стали в сплав дополнительно вводят так называемые легирующие до­ бавки (например, хром, марганец, никель, вольфрам, молибден, ванадий), иногда до 5—6 металлов. Так полу­ чают различные легированные стали, которые обладают

водних случаях повышенной прочностью, в других — повышенной твердостью, коррозионной стойкостью и пр. Легирование стали достигается также увеличением со­ держания в сплаве кремния и марганца. По суммарному количеству содержания легирующих добавок стали де­

лят на три группы: 1) низколегированная — до 5%; 2) среднелегированная — от 5 до 10%; 3) высоколегиро­ ванная— свыше 10%.

Для изготовления арматуры железобетонных кон­

В стандартах в написании марок сталей приняты следу­ ющие обозначения металлов, добавляемых в стали: X — хром; Г — марганец; С — кремний; Т — титан; Ц — цир­ коний; М-— молибден. Первые цифры марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры после буквенных обозначений указывают содер­ жание элемента, соответствующего этому обозначению,

впроцентах. Отсутствие цифры указывает, что содержа­ ние элемента не превышает 1%. Например, марка арма­ турной стали 35ГС обозначает, что среднее содержание

вней углерода составляет 0,35%, а марганца и крем­ ния — не более чем по 1 %-.

Ксталям, используемым в качестве арматуры желе­ зобетонных конструкций, предъявляются следующие ос­ новные требования: прочность, пластичность и сварива­ емость.

под действием различных внешних сил (нагрузок). Силы

могут действовать на материал по-разному: растягивать его, сжимать, прогибать, скручивать, срезать. В соответ­ ствии с действующими силами различают прочность на растягивание, сжатие, прогиб, кручение и срез.

Для арматурной стали наиболее типична работа под действием растягивающих нагрузок, поэтому наиболее важно знать прочность на растяжение. Прочность арма­ турных сталей на растяжение характеризуется времен­ ным сопротивлением разрыву и пределом текучести.

Пластичностью называется свойство материала изме­ нять форму и сечение под действием внешней нагрузки и сохранять их в измененном состоянии после снятия этой нагрузки. Пластические свойства арматурной стали характеризуются относительными удлинениями после разрыва, а также величиной угла загиба или числом пе­ регибов стали в холодном состоянии.

Под свариваемостью понимают свойства какого-либо металла давать доброкачественные соединения с други­ ми или с тем же металлом при сварке определенным ме­ тодом. Свариваемость стали зависит от ее качественного состава, способа выплавки, диаметра стержней, кон­ струкции сварных соединений и технологии их выпол­ нения.

Временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлинение арматурной стали, а также величина угла ее загиба и число перегибов в холодном состоянии определяют механические свойства стали и называются механическими характеристиками или по­ казателями прочности и пластичности стали.

Для выяснения величин временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения стали ее подвергают испытанию на растяжение до разрыва на специальных разрывных машинах. Под действием плав­ но возрастающей нагрузки, создаваемой машиной, за­ крепленный в ее захватах образец арматуры (стержень) удлиняется в продольном направлении или, как говорят, деформируется. Для уяснения физического смысла неко­ торых понятий по механическим свойствам стали обра­ тимся к примеру.

На растяжение испытан образец малоуглеродистой арматурной стали марки Ст.З с площадью поперечного счения, равной 1 см2. До испытания длина стержня /0 равнялась 100 мм.

Характер деформаций стержня в зависимости от ве-

84

личины растягивающего усилия показан графически на рис. 44, носящем название диаграммы растяжения. На диаграмме по оси ординат (вертикальной оси) в некото­ ром произвольном масштабе отложены значения растя­ гивающей нагрузки, а на оси абсцисс (горизонтальной оси) — соответствующие им значения удлинений.

Диаграмма на участке ОА имеет вид прямой линии. Следовательно, до точки А удлинения (деформации) из-

«500,

нагрузок, т. е. при нагрузке 2000 кгс испытываемый об­ разец удлиняется в два раза больше, чем при нагрузке

а затем постепенно уменьшать ее до нуля, то стержень начнет укорачиваться и достигнет своей первоначальной длины. В этом проявляются упругие свойства стали — стержень деформируется упруго. Зона упругих деформа­ ций заканчивается на диаграмме точкой А. Усилие, соот­ ветствующее точке А (для данной стали примерно равно 2250 кгс), приходящееся на единицу площади сечения образца, .называется пределом упругости. Так как в рас­ сматриваемом случае площадь поперечного сечения стержня равняется 1 см2, то предел упругости у взятой нами стали будет равен 2250 кгс/см2. Отношение величи­ ны усилия, действующего на образец, к величине площа­ ди его поперечного сечения называют напряжением и обозначают греческой буквой о (сигма). Другими сло­ вами, можно сказать, что пределом упругости называет­ ся такое предельное напряжение стали, до которого она деформируется упруго.

85

При дальнейшем увеличении нагрузки примерно от 2250 до 2460 кгс диаграмма переходит в кривую А Б, а затем в горизонтальный участок БВ. На этом участке удлинение стержня возрастает без увеличения нагрузки за счет пластических (не исчезающих после снятия на­ грузки) деформаций. Сталь, как принято в таких случа­ ях говорить, течет или деформируется пластически.

грузки вызывает еще большие пластические деформации стержня до так называемого сопротивления (точка Г) — самого большого напряжения ов, которое способен вы­ держать стержень, примерно 4000 кгс/см2. При таком напряжении выбранный нами стержень в определенном месте резко утончается, т. е. на нем образуется шейка. Чем выше напряжение, при котором образуется на стержне шейка, тем прочнее сталь. В дальнейшем без увеличения нагрузки шейка сужается и происходит раз­ рыв стержня (точка D). К моменту разрыва образца его полное удлинение А/ достигло 25 мм. Если удлине­ ние образца отнести к его первоначальной длине I и вы­ разить это отношение в процентах, то полуйим относи­

противления сталей их пластичность, характеризуемая величиной относительных удлинений б, ухудшается. Наименьшей пластичностью обладают стали, упрочнен­ ные в холодном состоянии, относительное удлинение ко­

86

торых не превышает 6 = 3%, тогда как для стали марки Ст.З 6—25%- Деформация растяжения холодноупрочненных сталей переходит в пластическую область без площадки текучести. Одним из показателей прочности таких сталей является так называемый условный предел текучести. За условный предел текучести обычно прини­ мают напряжение а0,2, при котором остаточные удлине­ ния стали составляют 0,2% или, что практически соот­ ветствует напряжению, при котором отклонение от линейной зависимости между напряжениями (нагрузка­ ми) и деформациями достигает величины 0,2% базы измерения. В нашем случае за базу измерения была принята первоначальная длина образца, равная 100 мм.

Диаграммы растяжения сталей, не подвергнутых упрочнению в холодном состоянии, и диаграммы некото­ рых видов термически упрочненных сталей обычно име­ ют площадки текучести; относительное удлинение этих стержней колеблется от 6 до 20%.

Снижение пластических свойств арматурных ста­ лей допустимо до определенных пределов, так как в про­ тивных случаях может оказаться невозможным полное использование прочности арматуры или может возник­ нуть вероятность хрупкого разрушения железобетонных конструкций. Кроме того, при чрезмерном уменьшении пластичности повышается вероятность хрупкого излома стали при производстве арматурных работ.

3.Виды упрочнения арматурной стали

Восновном упрочнение арматурной стали произво­ дится на метизных и металлургических заводах и в очень небольшом объеме какисключение на предприятиях строительной промышленности, на которых применяют-, ся только два вида упрочнения: 1) механическое упроч­ нение арматурной проволоки в холодном состоянии во­ лочением и сплющиванием, а также 2) термическое упрочнение стали.

Механическое упрочнение волочением заключается в протяжке проволоки диаметром до 10 мм через глазки (фильеры) волочильных досок, в результате чего прово­ лока уменьшается в диаметре и увеличивается по длине. Проволоку, подвергнутую волочению, называют холод­ нотянутой. Арматура диаметром более 10 мм упрочняет­ ся вытяжкой или сплющиванием, для чего в первом слу­

87

чае применяются гидродомкраты или лебедки, а для сплющивания — станки с профилированными валками, создающими арматуру периодического профиля. Сущ­ ность механического упрочнения состоит в том, что воз­ никающие в металле пластические деформации приво­ дят к повышению его прочности до 50% его первона­ чальной прочности.

Термическое упрочнение применяется для углероди­ стых и низколегированных арматурных сталей, увеличи­ вая их прочность на 50—100% при увеличении первона­ чальной стоимости на 10—12%. По сравнению с ме­ ханическим упрочнением арматуры термическое ее упрочнение более сложно и требует квалифицированных специалистов-металловедов для руководства производ­ ством работ.

4. Классификация и сортамент арматуры железобетонных конструкций

В соответствии со строительными нормами и прави­ лами, утвержденными в 1962 г. (СНиП І-В.4-62), все арматурные стали, применяемые для армирования желе­ зобетонных конструкций, классифицируют по следую­ щим признакам: основной технологии их изготовления, профилю, условиям применения и поставки.

В зависимости от основной технологии изготовления стальная арматура подразделяется на две основные группы: стержневую1 арматуру, получаемую горячей прокаткой стали, и проволочную арматуру, получаемую в результате волочения стали в холодном состоянии.

По профилю стержневую и проволочную арматуру подразделяют на гладкую и периодического профиля. Последняя способствует лучшему сцеплению с бетоном, так как на ее поверхности имеются ребра.

По условиям применения арматурную сталь делят на ненапрягаемую и напрягаемую. Ненапрягаемую армату­ ру применяют при изготовлении обычных железобетон­ ных конструкций и в предварительно напряженных кон­ струкциях; напрягаемую — только в предварительно на­ пряженных конструкциях. Такое подразделение важно,

1 Термин «стержень» употребляется при обозначении любого диа­ метра и профиля арматурной стали независимо от того, поставляется ли она в прутках или мотках (бухтах).

88

так как некоторые арматурные стали могут быть исполь­ зованы и в качестве напрягаемой арматуры, но с различ­ ными расчетными характеристиками.

Стержневую арматуру по наличию или отсутствию последующей упрочняющей обработки подразделяют на горячекатаную, на подвергнутую упрочнению после про­ ката: упрочненную в холодном состоянии и термически упрочненную после проката. Кроме того, в зависимости от гарантируемых механических свойств стержневую арматуру делят на классы. Для горячекатаной обычной ненапрягаемой арматуры ГОСТ 5781—61* установлены три класса со следующими условными обозначениями: А-І, А-Ш. Гарантируемые механические характеристики этих классов арматуры, а также сортамент стержней по классам приведены в табл. 3. Стали, из которых прока­ тывают арматурные стержни, определены ГОСТ 5781—61* (табл.4).

П р и м е ч а н и е . Изгиб в холодном состоянии применяется для определения механических свойств стали.

89