книги / Строительные конструкции
..pdfРис. II.5. |
а) |
б) |
Графики за- |
|
|
сисимости |
|
|
«напряже |
|
|
ния — де |
|
|
формации» |
|
|
вбетоне
а—при раз личной дли тельности ыо пытаний; б — при длитель ном воздейст вии пост)inного напря
жения
ВСНиП (прил. I, п. 2) даны также проектные марки для тяжелого бетона по прочности на растяжение, кгс/см2: Р 10, Р 15, Р20, Р25, РЗО, Р35 и Р40; по моро зостойкости в зависимости от числа выдерживаемых образцами циклов попеременного замораживания и
оттаивания: М рз50, |
М рз75, |
Мрз 100, Мрз 150, Мрз200, |
|||||
Мрз 300, |
Мрз 400 и |
Мрз 500; |
по |
водонепроницаемости, |
|||
в зависимости от давления воды |
(в |
кгс/см2), при |
кото |
||||
ром еще |
не наблюдается просачивание ее |
через |
испы |
||||
туемые образцы: В2, В4, Вб, В8, |
В10 и В12. Эти |
виды |
|||||
марок |
предусматриваются |
для |
конструкций, находя |
||||
щихся в специфических условиях эксплуатации. |
|
||||||
Бетон — неупругий материал. |
В |
нем |
зависимость |
между напряжениями а и относительными деформациями е нелинейна (рис. II.4). Полные деформации ее состоят из упругих (мгновенных, обратимых) еу и пластических (развивающихся во времени, необратимых) еп дефор маций. В условиях однократного кратковременного си лового воздействия по мере возрастания напряжений доля пластических деформаций увеличивается.
С увеличением длительности процесса, нагружения t деформаций бетона все более отклоняются от упругих (рис. II.5,а): при одном и том же напряжении oi они тем больше, чем больше t.
Бетону свойственна ползучесть, т. е. самопроизволь ное возрастание деформаций при постоянном длитель ном напряжении материала (рис. 11.5,6). В конструкци ях деформации ползучести постепенно затухают, асимп тотически приближаясь к некоторому предельному значению е"р .
21
Ползучесть бетона обусловлена природой цементно го камня; она тем выше, чем больше количество цемен та и начальное содержание воды в бетонной смеси, а также чем меньше возраст бетона к моменту приложе ния нагрузки. Деформации ползучести зависят от уров ня напряжений в бетоне: чем выше напряжения в бето не, тем больше деформации ползучести. Показатели ползучести зависят также от вида цемента, убывая в последовательности: шлакопортландцемент, обычный портландцемент, высокопрочный портландцемент, гли ноземистый цемент.
Наиболее интенсивно ползучесть бетона проявляется в первые несколько месяцев после приложения нагруз ки, достигая предельного значения е„р через несколько
лет: е£р может быть в 2—3 раза больше упругих дефор маций. Ползучесть бетона оказывает значительное вли яние на напряженное и деформированное состояние железобетонных конструкций.
Упругие свойства бетона оценивают с помощью на чального модуля упругости бетона £б, определяемого из испытаний призм на сжатие по показателям начальной части зависимости о — е (см. прил. III).
■Модуль полных деформаций бетона, или модуль упругопластичности бетона Е в — величина переменная. З а
висимость между величинами Еъ и Ев определяют на основании рис. II.4 из соотношений:
|
аб = Е6г и аб = £б(еу + еп); |
Ел = |
8у + 8П■ЕГ = \Е ., где v = -8У+ еп |
Коэффициент v отражает соотношение упругой части деформации бетона к ее полной величине. По данным опытов для сжатого бетона значения v изменяются от 1 до 0,2—0,15. В СНиП (см. прил. I, п. 5) значения ко эффициента v установлены с учетом влажности воздуха.
Бетон обладает высокой огнестойкостью, способен более длительное время, чем многие строительные материалы, сопротивляться действию огня, обеспечивая несущие и эксплуатационные функции конструкций.
Применение обычного тяжелого бетона возможно и для конструкций, находящихся в условиях системати ческого воздействия повышенных температур порядка
22
50—200° С (см. прил. I, н. 12). |
В качестве вяжущего |
используется портландцемент |
(шлакопортландцемент), |
а в качестве заполнителей — граниты, доломиты, сиени ты, плотные известняковые и другие породы.
Если конструкция должна работать в условиях дли тельного воздействия температур выше 200° С, для ее изготовления применяют жаростойкий бетон. В нем в зависимости от степени нагрева в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, жидкое стекло с отвердителями (кремнефтористым на трием, нефелиновым шламом) и с тонкомолотыми до бавками (шамотными, магнезитовыми, шлаковыми, зольными и др.). Заполнителями служат хромит, дио рит, базальт, диабаз, андезит, шамотный и кирпичный бой, доменный и котельный шлаки.
Бетон весьма долговечный материал. В нормальных условиях его структура и прочность не нарушаются не ограниченно долгое время.
В условиях агрессивных сред — газовой (наличие кислых газов в сочетании с повышенной влажностью), жидкой (растворы кислот, щелочей, солей, растворите ли, масла, растворы сахара), твердых материалов (агрессивная пыль в сочетании с высокой влажностью воздуха, уголь, многие руды, соли, шлаки и т. д.) — бетон преждевременно разрушается.
Стойкость бетона к воздействию агрессивных фак торов можно повысить проведением ряда мероприятий, среди которых: 1) повышение плотности бетона, что достигается надлежащим подбором его состава, выбо ром соответствующего вида цемента и метода уплотне ния при укладке бетонной смеси; 2) снижение фильтру ющей способности бетона, что связано с применением бетонов с малым водоцементным отношением и с вве дением в бетон особых уплотняющих добавок; 3) ис пользование специальных кислотостойких вяжущих и заполнителей.
В зависимости от степени агрессивности среды на значают следующие средства защиты конструкций (см. прил. I, п. 9): повышение стойкости обычного тяжело го бетона; обработку его поверхностного слоя флюатированием, пропитку высокомолекулярными соедине ниями и т. д.; покрытие специальными лаками, крас ками, эпоксидными смолами; устройство химически стойких защитных покровных слоев из керамических
23
плит или пластбетонов на полимерных вяжущих или с полимерными добавками и пропитками.
Впромышленно-гражданском строительстве помимо обычного тяжелого бетона применяют также бесцементные бетоны на плотных заполнителях (силикатные, на шлаковых вяжущих, гипсовые), бетоны на пористых за полнителях (керамзите, аглопорите, шлаковой пемзе, пер лите, туфах и др.), ячеистые бетоны. Для несущих кон струкций санитарно-технических сооружений эти бетоны широкого применения не нашли; для изоляции газопро водов используют бетоны на пористых заполнителях не которых разновидностей.
Взависимости от объемной массы различают тяже лые бетоны (объемной массой рб>1800 кг/м 3) и легкие бетоны (рб<Д800 кг/м3). В СНиП (прил. I, п. 5) вве
дены |
также особо тяжелые |
(рс>2500 кг/м 3), облегчен |
ные |
(1800 кг/м3> р б ^ 2 2 0 0 |
кг/м 3), особо легкие (р е ^ |
^ 5 0 0 кг/м3) бетоны. |
|
§ «1.3. АРМАТУРА
Арматура в железобетонных конструкциях предна значена преимущественно для восприятия растягиваю щих усилий в изгибаемых и растянутых элементах и для усиления сечений сжатых элементов. Необходимое ее количество определяют расчетом на восприятие про ектных нагрузок. Эта арматура называется рабочей.
Для восприятия усилий от усадочных и температур ных деформаций бетона, монтажных нагрузок, для обеспечения проектного положения арматуры в элемен тах конструкций и по некоторым другим соображениям ставят монтажную арматуру.
Оба вида арматуры — рабочую и монтажную — объ единяют в арматурные изделия — сварные и вязаные сетки и каркасы (плоские и пространственные), кото рые соответствующим образом размещают в железобе тонных элементах (рис. II.6).
Стальная арматура для железобетонных конструк ций в зависимости от технологии изготовления подраз деляется на горячекатаную стержневую и холоднотяну тую проволочную.
Под стержнем подразумевается арматура любого диаметра независимо от того, поставляется она в прут ках или мотках. Стержневая арматура, проходящая после прокатки (в целях упрочнения) термическую об-
24
Рис. 11.6. Железобе тонные эле менты и их арматура
а—сетка; о — плоские кар касы; в—про странствен ный каркас; / —плита; 2 — балка; 3 —ко лонна
-V
та
Л-
Рис. 11.7. Стержневая арматура периодическо го профиля классов
а-А-11; б-А-Ш; в - A-1V и A-V
25
работку, называется термически упрочненной, а подвер
гающаяся вытяжке в холодном |
состоянии — упрочнен |
|||
ной вытяжкой. |
|
|
|
|
По |
условиям |
применения арматуру, |
подвергаемую |
|
предварительному |
натяжению, |
называют |
напрягаемой |
|
арматурой. |
|
|
|
|
В |
зависимости |
от характера |
поверхности арматуры |
различают арматуру гладкую и периодического про филя, с выступами на стержневой (рис. II.7) и вмяти нами на проволочной арматуре для лучшего сцепления ее с бетоном.
Стержневая арматурная сталь подразделяется на шесть классов: A-I, А-П, A-III и т. д., в зависимости от основных ее механических характеристик (табл. II.1). В обозначении класса стали упрочнение ее отмечается дополнительным индексом т (термическое упрочнение,
например Ат-V). К каждому |
классу может |
принадле |
|||
жать не одна марка стали, |
а |
несколько (см. табл. II.1). |
|||
ТАБЛИЦА |
Т1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ АРМАТУРНЫХ СТАЛЕЙ |
||||
Вид и класс ар* |
Марки сталей |
Диамет |
Временное |
Предел теку |
|
сопротивле |
чести, МПа |
||||
матуры |
|
ры, мм |
ние разрыву, |
(кгс/смя) |
|
|
|
|
|
МПа (кгс/см1) |
|
Стержневая го |
СтЗспЗ;СтЗпсЗ; |
6-40 |
380 (3800) |
240 (2400) |
|
рячекатаная |
СтЗкпЗ; |
|
» |
|
|
гладкая A-I |
ВСтЗсп2; |
|
» |
|
|
|
ВСтЗпс2; |
|
» |
|
|
|
ВСтЗкп2; |
|
|
|
|
|
ВСтЗГпс2 |
6—18 |
|
|
|
То же, А-И |
ВСт5сп2; |
10—40 |
500 (5000) |
300(3000) |
|
|
ВСт5пс2; |
18-40 |
|
|
|
|
18Г2С |
40—80 |
|
|
|
|
10ГТ |
10-32 |
|
|
|
То же, A-III |
35ГС;25Г2С |
6—40 |
600(6000) |
400 (4000) |
|
То же, А-IV |
80С |
10—18 |
900 (9000) |
600 (6000) |
|
|
20ХГ2Ц |
10—22 |
|
|
|
То же, A-V |
23Х2Г2Т |
10—22 |
1050(10 500) |
800 (8000) |
26
|
|
|
Продолжение табл. I.t |
|
Вид и класс ар* |
Марки сталей |
Диамет |
Временное |
Предел теку |
сопротивле |
чести, МПа |
|||
матуры |
|
ры, мм |
ниеразрыву, |
(кгс/см*) |
|
|
|
/4Па (кгс/см*) |
|
Стержневая |
— |
10—25 |
900 (9000) |
600 (6000) |
термически |
|
|
|
|
упрочненная |
|
|
|
|
At-IV |
|
|
|
|
То же, At-V |
— |
10—25 |
1050(10 500) |
800 (8000) |
То же, At-VI |
— |
10-25 |
1200(12 000)^^1000 (10 000) |
|
Проволока |
— |
3 -5 |
500 (5000) |
— |
обыкновенная |
|
|
|
|
гладкая В-1 |
|
|
|
|
То же, периоди |
— |
3 -5 |
525—550 |
— |
ческого профи |
|
|
(5250—5500) |
|
ля Вр-1 |
|
|
|
|
Проволока вы |
— |
3 -8 |
1000—1400 |
— |
сокопрочная |
|
|
(19 000— |
|
гладкая В-II |
|
|
14 000) |
|
То же, периоди |
— |
3 -8 |
1800—1300 |
— |
ческого профи |
|
|
(18 GOO- |
|
ля Вр-Н |
|
|
13 000) |
|
Семипроволоч |
— |
4,5—15 |
1900—1650 |
— |
ные канаты К-7 |
|
|
(19 GOO- |
|
|
|
|
16500) |
|
В марке стали отражаются главные особенности ее химического состава. Так, в марке 25Г2С первая цифра обозначает содержание углерода в сотых долях процен та (0,25%), буква Г, что ст^ль легирована марганцем, цифра 2 показывает, что его содержание может достигать 2%, а буква С — наличие в стали кремния (силиция). Буква X в марке 20ХГ2Ц обозначает, что сталь легиро вана хромом..
Стержневая арматура классов A-IV, A-V и всех
27
(рис. 11.8,6). Каждый пучок образуется из прямых про волок или прядей, в большинстве случаев расположен ных по окружности (что фиксируется постановкой спе циальных спиралей или «звездочек»), закрепленных по концам в специальных анкерах; проволоки (пряди) в пучках размещаются группами с просветами для досту па цементного раствора внутрь пучка. Пучки могут быть однорядными или многорядными.
Механические характеристики арматурных сталей определяются по экспериментальной зависимости меж ду напряжениями о и относительными деформациями е (рис. II.9), получаемыми из испытания образца арма туры на растяжение. Для арматуры с площадкой теку чести (см. рис. II.9, а) установлен физический предел текучести стт, МПа (кгс/см2), т. е. напряжение, при ко тором образец деформируется без заметного увеличения
нагрузки. |
Для арматуры без площадки текучести (см. |
|||
рис. |
11.9,6) |
определяется условный предел текучести |
||
0о,2, |
МПа |
(кгс/см2), т.е. напряжение, при котором ос |
||
таточная |
относительная деформация составляет 0,2%. |
|||
Предел текучести ат может быть повышен, если |
||||
арматуру |
подвергнуть |
предварительному напряжению |
||
до |
значения |
0 т> 0 т и |
затем отпустить, вследствие че |
го происходит упрочнение вытяжкой за счет так назы ваемого наклепа стали. При последующих нагружениях сталь деформируется по укороченной диаграмме О'А'В (рис. II.9, а) с повышенным пределом текучести.
Временное сопротивление стали 0вр, т. е. напряже ние, соответствующее наибольшей нагрузке, предшест вующей разрушению образца, как и предел текучести,—
очень важная |
характеристика |
механических свойств |
|
стали. |
сталь |
имеет высокий предел упругости, |
|
Арматурная |
|||
т. е. такое значение |
напряжения, |
выше которого начи |
наются отклонения от прямо пропорциональной зависи мости между напряжениями и деформациями. Это весь ма ценное качество стали, так как позволяет применять предварительное напряжение арматуры большой интен сивности. За предел упругости 00,02, МПа (кгс/см2), условно принимается напряжение, при котором оста точные относительные деформации составляют 0,02%.
Арматурная сталь обладает высокой пластичностью, что предотвращает возможность внезапного (хрупкого) разрушения железобетонных конструкций вследствие
29
разрыва арматуры. Пластичность арматуры характери зуется значением полного относительного удлинения после разрыва б, % (изменение первоначальной расчет ной длины образца, включающей длину шейки разрыва), и значением относительного равномерного удлинения бр, % (изменение первоначальной расчетной длины образца, не включающей длину шейки разрыва). Отно сительное удлинение после разрыва для арматурной ста ли классов A-I, А-Н, A-III равно соответственно 25, 19, 14%', для других классов колеблется в пределах 8—4%.
Сортамент арматурной стали (см. табл. II. 1 и прил. VIII) построен по номинальным диаметрам, что соответствует для стержневой арматурной стали перио* дического профиля диаметрам равновеликих по площа ди поперечного сечения круглых гладких стержней, для обыкновенной и высокопрочной арматурной проволоки периодического профиля — диаметрам проволоки до. про филировки, для арматурных канатов — диаметрам их описанных окружностей.
Сварные сетки (рис. 11.10) образуются посредством контактной точечной сварки в местах пересечений про дольных и поперечных стержней; они бывают рулонные и плоские. Максимальные общие размеры для плоских
сеток по ширине 5 = 2 ,5 м, по длине L = 9 м; для |
рулонных |
по ширине 5 =3,5 м, по длине определяются |
массой ру |
лона порядка 100—500 кг (5 и L — расстояния между |
крайними стержнями сеток). Сварные сетки изготовля ют из стальной низкоуглеродистой холоднотянутой про волоки класса В-I диаметром 3—5 мм и горячекатаной низколегированной стали класса А-Ш периодического профиля диаметром 6—9 мм. В рулонных сутках наи больший диаметр продольных стержней 7 мм. В услов ном обозначении сетки указываются ее основные пара
метры: |
марка t/t\/d /d \ в |
числителе и |
общие размеры |
||
5 X 5 в |
знаменателе. Например, |
сетка |
с продольными |
||
стержнями диаметром |
d = 4 мм через / = |
150 мм и С по |
|||
перечными стержнями |
диаметром |
d{= 3 |
мм через t\ = |
||
250 мм, шириной 5 = 1 1 0 0 |
мм и длиной L = 5900 мм име- |
||||
|
* |
|
150/250/4/3 |
||
ет условное обозначение: |
сетжа --------------- |
||||
|
|
|
|
1100*5900 |
Для рулонных сеток в знаменателе указывают толь ко ширину.
Сварные каркасы образуются из продольных и по-
30