Железобетонные и каменные конструкции. Учебное пособие

Многократное повторение циклов загрузки-разгрузки бетонной призмы приводит к накапливанию неупругих деформаций. После большого числа циклов неупругие деформации постепенно выбираются. Бетон начинает работать упруго.

Предельные деформации бетона

Предельные деформации бетона, т.е. деформации перед разрушением, изменяются в широких пределах. Для расчетов принимают предельные деформации:

1) при осевом сжатии:

а) кратковременном εbu =2×10-3; б) длительном εbu =2,5×10–3;

2)при изгибе и внецентренном сжатии εbu =3,5×10–3;

3)при центральном растяжении εbu = 1,5×10–4.

1.4.Арматура для железобетонных конструкций

Стальные стержни, размещаемые в бетоне, называют

арматурой (рис. 1.6).

Арматура служит для восприятия растягивающих усилий. В качестве арматуры применяют сталь. Возможно использование других материалов, например стеклопластика, обладающего высокой прочностью.

По назначению арматуру разделяют на рабочую, устанавливаемую по расчету, а также конструктивную и монтажную, применяемую из конструктивных и технологических соображений.

Конструктивная арматура воспринимает не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры и равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями.

Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, объединяет ее в каркасы.

11

В мягких сталях содержание углерода составляет (0,2–0,4)%. Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности и при одновременном снижении деформативности и свариваемости.

σs

εs

Рис. 1.7. Диаграммы деформирования арматурных сталей:

1 – мягких сталей; 2 – низколегированных и термически упрочненных; 3 – высокопрочной проволоки; 4 – механически упрочненных вытяжкой

Основные прочностные характеристики:

1)для мягких сталей – физический предел текучести σy;

2)для низколегированных, термически упрочненных

ивысокопрочной проволоки – условный предел текучести

σ0,2, равный напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2%; и условный предел упругости σ0,02, при котором остаточные деформации 0,02%.

Классификация стержневой арматуры:

а) горячекатаная гладкая A-I;

б) горячекатаная периодического профиля классов

A-II, A-III, А-IV, A-V, A-VI;

в) термически и термомеханически упрочненная периодического профиля классов АТ-III, AT-IV, AT-V, AT-VI;

13

г) механически упрочненная класса А-IIIв. Для дополнительной характеристики вводят:

а) индекс «С» – указывает на возможность сварки стержней (AT-IVC); б) индекс «К» – на повышенную стойкость к коррозии (AT-IVK); в) индекс «СК» – на возможность сварки стержней и повышенную стойкость к коррозии

(AT-VCK).

Каждому классу арматуры соответствуют определенные марки арматурной стали с одинаковыми механическими характеристиками, но различным химическим составом.

25Г2С – означает 0,25% углерода, Г – легирована марганцем, 2 – содержание марганца 2%, С – наличие в стали кремния (силиция). X – хром, Т – титан, Ц – цирконий.

Классификация холоднотянутой проволочной арматуры:

а) арматурная проволока периодического профиля (рифленая) Вр-I;

б) высокопрочная гладкая проволока класса В-II;

в) высокопрочная проволока периодического профиля класса Вр-II.

Арматурные изделия

С целью ускорения производства работ арматуру объединяют в сетки и каркасы.

Каркасы разделяют на плоские (рис. 1.8) и пространственные. В местах пересечений стержни соединяются контактной точечной сваркой или вязкой проволокой. Иногда допускается применение дуговой сварки. Сварные каркасы образуются из продольных и поперечных стержней. Продольные стержни устраивают в один или два ряда.

14

Рис. 1.8. Сварной плоский каркас

Сварные сетки изготавливают из арматуры классов

A-I, A-II, А-III, Вр-I.

Сетки делятся на плоские и рулонные с продольной и поперечной рабочей арматурой (рис. 1.9, 1.10).

Рис. 1.9. Плоская сетка

Стыки арматурных сеток в нерабочем направлении выполняются внахлестку с перепуском арматуры (считая расстояние между осями крайних рабочих стержней): при диаметре распределительной арматуры:

а) до 4 мм – 50 мм;

б) > 4 мм – 100 мм.

15

Арматурные пучки

Арматурные пучки состоят из параллельных, высокопрочных проволок (14, 18, 24 штуки) или канатов.

Соединение арматуры

См. СНиП, Приложение 3.

Применение арматуры

1) В качестве ненапрягаемой арматуры:

а) продольной А-II (если другая арматура не может быть использована), A-III, АТ-IIIС, Вр-I;

б) поперечной A-I, А-II.

2) В качестве напрягаемой арматуры –

продольной A-IV, A-V, A-VI, AT-V, AT-VI, К-7, К-19, В-II, Вр-II.

1.5. Железобетон

Сцепление арматуры с бетоном

Сцепление арматуры с бетоном обеспечивается

(рис. 1.12):

1)сцеплением геля с арматурой;

2)трением, вызванным давлением от усадки бетона;

3)зацеплением за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры.

Рассмотрим изменение напряжений в арматуре при ее выдергивании из бетона.

При выдергивании арматуры из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения

сцепления τbd,m.

Касательные напряжения сцепления τbd,max действуют

на некотором расстоянии от торца элемента и не зависят от длины заделки.

Для оценки сцепления используют средние напряжения по длине заделки (см. рис. 1.12).

17

σs

Рис. 1.12. Сцепление арматуры с бетоном

lan = π dNτ bd ,m .

Для уменьшения длины заделки арматурного стержня в бетон lan следует ограничивать диаметр стержней, применять бетоны высоких классов и арматуру периодического профиля.

Анкеровка арматуры в бетоне

Анкеровка – это закрепление концов арматуры внутри бетона.

Анкеровка может осуществляется либо силами сцепления, либо специальными анкерными устройствами на концевых участках.

Базовую (основную) длину анкеровки, необходимую для передачи усилия в арматуре с полным расчетным значением сопротивления RS на бетон, определяют по формуле

18

где AS и US – соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения, определяемые по номинальному диаметру стержня;

Rbond – расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки, иопределяемое по формуле

где Rbt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению; η1 – коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности

арматуры, принимаемый равным:

ского профиля с термомеханической обработкой.

η2 – коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным:

Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяют по формуле

где l0,an – базовая длина анкеровки;

AS ,cal и AS ,ef – площади поперечного сечения арматуры соответственно требуемая по расчету и фактически установленная;

19

α – коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки.

При анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами:

a)для растянутых стержней α = 1;

b)для сжатых α = 0,75; .

Виды анкеровки представлены на рис. 1.13–1.17.

Рис. 1.13. Анкеровка приваркой к стержню арматуры пластин

Рис. 1.14. Анкеровка приваркой стержня к уголку

20