ЖБК / 7сем / шпоры / 16

16. Железобетон является комплексным материалом, включающий два исходных материала - бетон и стальную арматуру. Такое комбинирование исключает недостатки двух материалов и делает материал конструктивно полноценным.

Таким образом, бетон, хорошо сопротивляясь сжатию, имеет очень низкую прочность на растяжение. Неармированная однопролетная бетонная балка в условиях поперечного изгиба, испытывающая растяжение в зоне ниже нейтральной оси, в связи с этим, будет иметь очень низкую несущую способность, определяемую прочность бетона на растяжение, и используют лишь на 5-10 % возможности бетона на сжатие.

Серьезный конструктивный недостаток бетонной балки - ее низкую несущую способность - можно устранить, вводя в растянутую зону по направлению растяжения арматурную сталь. Стальная арматура воспримет нагрузку от напряжений растяжения, обеспечит высокий уровень использования бетона сжатой зоны и повысит несущую способность конструкции в 10-20 раз. Достоинства бетона Достаточно высокая прочность на сжатие R_b до 100 МПа;Высокая долговечность, стойкость к воздействию комплекса атмосферных условий без специальных мер по защите бетона;Распространенность и недефицитность исходных компонентов бетона (мелких и крупных заполнителей)–бетона.Низкая прочность на растяжениеR_bt »(1/10…1/20) R_b;Пониженный коэффициент конструктивного качества.

Достоинства стали: очень высокая прочность на сжатие R_s от 400 до 2800 МПа;Одинаково хорошая сопротивляемость сжатию и растяжению R_sс » R_st;Высокий коэффициент конструктивного качества R_s / g_s, обеспечивающий легкость конструкций стали. Подверженность коррозии и необходимость в высоких эксплуатационных затратах на лакокрасочную защиту для обеспечения долговечноти

Таким образом, сущность железобетона заключается в том, что искусственной постановкой арматуры усиливают зоны элемента, растянутые от внешней нагрузки.

Имеет конструктивный смысл и армирование сжатых элементов. Работая в составе сжатого железобетонного элемента совместно с бетоном, сталь в условиях совместности деформаций воспринимают напряжения в a - раз большие, чем бетон, где a = Е_s / E_в - соотношение модулей упругости этих материалов, разгружает бетон и повышает несущую способность сжатого элемента.Недостатки монолитного железобетона: имеет серьезные недостатки по сравнению со сборным железобетоном: большой расход средств и лесоматериалов на устройство опалубки и подмостей, необходимость выдерживать длительное время забетонированные конструкции в опалубке, затруднения в производстве работ на открытом воздухе при низких температурах и др.

17. В настоящее время бетон и железобетон находят широкое применение практически во всех областях строительства и проникают в другие отрасли современной техники. Это объясняется их долговечностью, возможностью широко использовать местные строительные материалы, применять экономичные конструкции с малым расходом металла.

В гражданском строительстве бетонные и железобетонные конструкции находят применение при строительстве жилых домов и общественных зданий .

Особенно широки возможности применения железобетонных конструкций в промышленном строительстве .Здесь железобетон используют не только в виде отдельных конструктивных элементов, но и для специальных конструкций такого типа сооружений, как бункера, эстакады, галереи, градирни, угольные башни, шахтные копры, фундаменты доменных печей, прокатных станов и др.

В гражданском и промышленном строительстве применяют разнообразные железобетонные конструкции для сооружений водоснабжения и канализации, например насосные станции, трубопроводы, коллекторы, бассейны, резервуары, водонапорные башни и др.

Железобетонные конструкции широко применяют и в энергетическом, транспортном, сельскохозяйственном, оборонном строительстве. На наземных сооружениях воздушного транспорта железобетон применяют для покрытий взлетно-посадочных полос, в конструкциях ангаров, мастерских, аэровокзалов и т. д.

При экспериментальных исследований можно заметить ряд особенностей ж.б изделий учитывать при строительстве, так же при быстрой нарастающей нагрузки бетонные образцы показывают большую прочность, так же ж.б исследования позволяет изучить ползучесть- важный вклад

18. Общие сведения. Проектируя железобетонные эле­менты, предусматривают возможность высокопроизводи­тельного труда при их изготовлении на специальных за­водах и удобного монтажа на строительных площадках путем выбора оптимальных габаритов, экономичных форм сечения, рациональных способов армирования. Производство сборных железобетонных элементов ведут по нескольким технологическим схемам.

Конвейерная технология. Элементы изготовляют в формах, установленных на вагонетках и перемещаемых по рельсам конвейера от одного агрегата к другому, выполня­ют необходимые технологические операции: установку арматурных каркасов, натяжение арматуры предвари­тельно напряженных элементов, установку вкладышей-пустотообразователей для элементов с пустотами. Все формы-вагонетки перемеща­ются в установленном принудительном ритме.

Поточно-агрегатная технология. Технологические опе­рации выполняют в соответствующих цехах завода. При этом агрегаты, выполняющие необходимые технологиче­ские операции, неподвижны, а форма с изделием переме­щается от одного агрегата к другому кранами. Техноло­гический ритм перемещения форм заранее не установлен и не является принудительным.

Стендовая технология. Изделия в процессе изготовления и тепловой обра­ботки остаются неподвижными, а агрегаты, выполняю­щие технологические операции, перемещаются вдоль форм. Такие стенды оборудованы передвижными крана­ми, подвижными бетоноукладчиками. Элементы изготов­ляют в гладких или профилированных формах. При изготовлении плит перекрытий и панелей стен гражданских зданий широко применяется кассетный спо­соб, являющийся разновидностью стендовой технологии. Элементы изготовляют на неподвижном стенде в пакете вертикальных металлических кассет, вмещающем одно­временно несколько панелей. Сборка и разборка кассет механизированы.

Вибропрокатная технология. Плиты перекрытий и панели стен формуют на непрерывно движущейся ленте, гладкая или рифленая поверхность которой образует форму изделия. После укладки арматурного каркаса бетонную смесь, поданную на ленту, вибрируют и уп­лотняют с помощью расположенных сверху валков. По­следовательно прокатываемые изделия, укрытые сверху и подогреваемые снизу, за время перемещения по ленте набирают необходимую прочность и после охлаждения на стеллажах транспор­тируются на склад готовой продукции. Технологические операции подчинены единому ритму — скорости движе­ния формующей ленты.

19 Достоинства бетонаДостаточно высокая прочность на сжатие R_b до 100 МПа;Высокая долговечность, стойкость к воздействию комплекса атмосферных условий без специальных мер по защите бетона;Распространенность и недефицитность исходных компонентов бетона (мелких и крупных заполнителей). – бетона Низкая прочность на растяжениеR_bt » (1/10…1/20) R_b;Пониженный коэффициент конструктивного качества. Достоинства стали

Очень высокая прочность на сжатие R_s от 400 до 2800 МПа;Одинаково хорошая сопротивляемость сжатию и растяжению R_sс » R_st;Высокий коэффициент конструктивного качества R_s / g_s, обеспечивающий легкость конструкций - стали Подверженность коррозии и необходимость в высоких эксплуатационных затратах на лакокрасочную защиту для обеспечения долговечноти Железобетон - это материал, обладающий следующим комплексом положительных строительно-технических свойств:- высокой долговечностью, стойкостью к атмосферным воздействиям;- высокой сопротивляемостью статическим и динамическим нагрузкам;- малыми эксплуатационными расходами на содержание зданий и сооружений;- высокой доступностью вследствие почти повсеместного наличия крупных и мелких заполнителей, составляющих основу объема материала.

20. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность их нарастания наблюдается в первые 3…4 месяца.

Ползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии постоянной нагрузки.Различают ползучесть линейную и нелинейную. Деформации ползучести увеличиваются с уменьшением влажности среды, увеличением В/Ц и количества цемента. Бетон, нагруженный в боле раннем возрасте, обладает большей ползучестью. Важное значение для расчета конструкций и оценки их поведения под нагрузкой имеют предельные деформации, при которых начинается разрушение бетона. Для расчетов принимают: при осевом кратковременном сжатии e_bcи = 2×10^-3, длительном e_bcи = 2,5×10^-3, при изгибе и внецентренном сжатии e_bcи = 3,5×10^-3, при центральном растяжении e_btи = 1,5×10^-4.

Прочность бетона на осевое растяжение зависит от прочности при растяжении цементного камня и его сцепления с зернами крупного заполнителя.

Ориентировочное значение R_bt можно определить по эмпирической формуле :R_bt = 5R / (45+R)

Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность. Под призменной прочностью R_b понимают временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы h к размеру а квадратного основания, равным 4. Связь между напряжениями и деформациями на участке 0-1 устанавливается законом Гукаe_b = s_b / E_b,

где E_b – начальный модуль упругости, E_b = tga₀ = s_b / e_b. Далее (участки 1-4) зависимость нелинейная, модуль в каждой точке диаграммы переменный, E_b = tga. Для практических расчетов был предложен упругопластический модуль деформаций E_bpl = tga_1. Зависимость между E_b и E_bpl определяется коэффициентом n = e_e / e_b , т.е. E_bpl = n E_b.

Коэффициент n изменяется от 1 при упругой работе до 0,45 при кратковременном нагружении, при длительном действии нагрузки n = 0,1…0,15.

При растяжении n_t = 0,5. (рис)

21. Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой «напряжения—деформации», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм «s-e» подразделяются на:

1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали);

2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколегированные, термически упрочненные стали);

3) стали с линейной зависимостью «s-e» почти до разрыва (высокопрочная проволока).

Основные прочностные характеристики:

для сталей вида 1 — физический предел текучести s_у;

для сталей видов 2 и 3— условный предел текучести s_0,2, принимаемый равным напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2 %, и условный предел упругости s_0,02, при котором остаточные деформации 0,02 %.

Помимо этого характеристиками диаграмм являются предел прочности s_su (временное сопротивление) и предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали.(рис)

Малые предельные удлинения могут послужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие пластические свойства сталей создают благоприятные условия для работы железобетонных конструкций.В зависимости от типа конструкций и условий эксплуатации наряду с основной характеристикой — диаграммой «s-e» в ряде случаев необходимо учитывать другие свойства арматурных сталей: свариваемость, реологические свойства, динамическое упрочнение и т. п.Под свариваемостью понимают способность арматуры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин. Реологические свойства характеризуются ползучестью и релаксацией.Ползучесть арматурных сталей проявляется лишь при больших напряжениях и высоких температурах. Гораздо опаснее релаксация – падение напряжений во времени при неизменной длине образца (отсутствии деформаций).

22.23. Предварительно-напряженной называется конструкция в которой создаются сжимающие напряжения в растянутой зоне бетона. Таким образом частично компенсируется недостаток бетона плохо работать на растяжение.

Предварительно напряженные конструкции создаются путем напряжения арматуры.

Первая попытка создать предварительно-напряженную конструкцию принадлежит Джексону (США) в 1886 году окончилась неудачей, т.к. уровень напряжений был невысок и полностью «съедался» усадкой и ползучестью бетона. Фрейсине (1928 г.) впервые создал методику расчета предварительно-напряженных конструкций.

При предварительном напряжении растянутой под нагрузкой арматуры возникает предварительно напряженное состояние. Растягивающие напряжения в сжатой от внешней нагрузки зоне достаточно велики. В нижней зоне возникают сжимающие напряжения большой величины, поэтому эпюра носит нелинейный характер.

В процессе приложения нагрузки сжимающие напряжения гасятся растягивающими от внешней нагрузки.

После того, как растягивающие напряжения от внешней нагрузки превысят сжимающие от предварительного напряжения элемент работает по 2-й стадии, как обычный, но с большей несущей способностью. Третья стадия аналогична обычному железобетонному элементу.(рис)

24. Существуют два основных способа создания предварительного напряжения: на упоры и на бетон. Для создания предварительного натяжения используют механический, электротермический и электротермомеханический способы.(рис)

Фактически усилие предварительного напряжения не соответствует исходному натяжению. Это объясняется возникающими потерями предварительного напряжения, которые обязательно должны учитываться при расчетах.

Потери предварительного напряжения в арматуре s_los состоят из потерь, происходящих при изготовлении конструкции до ее обжатия и в процессе обжатия – это первые потери s_{los 1} и потерь, происходящих после обжатия и проявляющихся в течении длительного времени – это вторые потери s_{los 2}.

Первые потери: От релаксации напряжений s₁ арматуры; От температурного перепада s₂ ; От деформации анкеров s₃ , расположенных у натяжных устройств; Потери от трения о возможные точки касания s₄; От деформаций стальной формы s₅ От быстро натекающей ползучести s₆.

Обычно, чем выше предварительное натяжение арматуры, тем больше его положительное влияние на работу конструкции. Однако при этом должна быть исключена возможность развития микротрещин и разрушения бетона усилием обжатия.

25. На основании опыта изготовления и эксплуатации конструкций нормы рекомендуют назначать предельное напряжение стержневой и проволочной арматуры s_sp в следующих пределах: s_sp £ R_s,ser – p и s_sp ³ 0,3R_s,ser + p,

где p – допустимое отклонение предельного напряжения арматуры, принимаемое:- при механическом способе натяжения 0,05 s_sp;- при электротермическом 30 + 360 / l, где l – длина стержня.

Передаточная прочность бетона R_bp , т.е. кубиковая прочность бетона к моменту обжатия, должна быть не менее 11 МПа (при стержневой арматуре А-VI, канатной К-7 и К-19 – не менее 15,5 МПа) и не менее 50% принятого класса бетона.

Величина сжимающих напряжений в бетоне в стадии предварительного обжатия s_bp не должна превышать значений, указанных в таблице 7 СНиП 2.03.01-84

Анкеровка напрягаемой арматуры в бетоне во многих случаях осуществляется за счёт сцепления арматуры с бетоном. При отсутствии или недостаточности сил сцепления анкеровку выполняют с помощью специальных анкерных устройств.

При применении в качестве напрягаемой арматуры высокопрочной проволоки периодического профиля, арматурных канатов, стержневой арматуры периодического профиля, натягиваемой на упоры, установка постоянных анкеров не требуется.

Установка анкеров обязательна для арматуры, натягиваемой на бетон, а также для арматуры, натягиваемой на упоры, при недостаточном сцеплении.

Длина зоны передачи напряжений ^р для напрягаемой арматуры без анкеров (т.е. длина зоны самозаанкеривания её за счёт сил сцепления с бетоном.) определяется по формуле

Тип анкера выбирают, исходя из производственных возможностей и вида арматуры.

Проволочные канаты, пучки и пакеты натягиваются усилиями большой величины. Для анкеровки таких арматурных изделий применяют специальные анкеры

26. Напряжение в бетоне на уровне арматуры от действия усилия обжатия No, определяемого с учетом первых потерь напряжений принимают без учета потерь — часть предварительного напряжения, потраченного на обжатие бетона в процессе натяжения арматуры и как бы восстанавливаемого при возвращении бетона к нулевым напряжениям. При дальнейших расчетах величина предварительного напряжения вводится с коэффициентом точности натяжения арматуры. Дело в том, что в силу различных причин напряжение в арматуре может оказаться уменьшенным или увеличенным по сравнению с принятым. Коэффициент точности натяжения принимают равным причем знак «+» принимают при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения, когда оно на данном участке снижает прочность и способствует образованию трещин; знак «—» — при благоприятном влиянии предварительного напряжения. Величину Am при механическом способе натяжения арматуры принимают равной 0,1, а при электротермическом способе определяют по формуле где пс — число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента; при определении потерь предварительного напряжения арматуры, а также при расчете по раскрытию трещин и по деформациям значение Атт допускается принимать равным нулю.Эффективное использование преимуществ предварительного напряжения зависит не только от правильно назначенного предварительного напряжения арматуры, но и от соответствующих напряжений обжатия, действующих в бетоне.

27. Помимо проектной марки для предварительно-напряженных элементов назначается передаточная прочность бетона — прочность бетона к моменту его обжатия (спуска натяжения).Фактическая величина передаточной прочности с учетом требований статистического контроля на производстве должна быть во всех случаях не менее 14 МПа, а при стержневой арматуре класса AT-VI, арматурных канатах класса К-7 и проволочной арматуре класса Вр-П .Если проектные марки бетона приняты выше минимального значения, то передаточная прочность должна также составлять не менее 50% принятой проектной марки. В качестве материалов для предварительно напряженных конструкций применяют напрягаемую арматуру: стержневую периодического профиля классов, проволочную классов и арматурные канаты класса К-7, при длине элементов более 12 м использовать преимущественно проволочную арматуру и арматурные канаты, а при меньшей длине — стержневую классов. Минимальную проектную марку бетона выбирают в зависимости от вида и класса напряженной арматуры и ее диаметра. Передаточная прочность бетона Ro должна составлять не менее 80% от минимально допустимой проектной марки. Проектная марка мелкозернистого бетона для инъекции каналов должна быть не ниже М300. Для обеспечения надежной передачи усилий с арматуры на бетон на концах арматурных элементов часто приходится устанавливать специальные анкерные устройства, а сами концы элемента усилять. Установка анкеров является обязательной у концов арматуры, натягиваемой на бетон, а также арматуры, натягиваемой на упоры, но имеющей недостаточное сцепление с бетоном (гладкая проволока, многопрядные канаты); при этом анкерные устройства должны обеспечивать надежную заделку арматуры в бетоне.