4. Анкеровка арматуры в бетоне

В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне - анкеровка - достигается запуском, арматуры за рассматриваемое сечение на длину зонsпередачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помощью анкерных устройств.

Ненапрягаемая арматура из гладких стержней клас­са A-Iснабжена на концах анкерами в виде полукруг­лых крюков диаметром 2,5d, а в конструкциях из бето­нов на пористых заполнителях - диаметром 5d(рис. 1.29, а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, по­этому их применяют без крюков на концах. Арматурные стержни периодического профиля обладают значительно лучшим сцеплением с бетоном, их применяют без крюков на концах. Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сече­ние, в котором она учитывается с полным расчетным со­противлением на длину зоны анкеровки

l_an=[ω_an (R_s/R_b)+∆λ]d (1.20)

но не менее lan=λ_and

где ω_an, ∆λ_an,λ_an, а также допустимое минимальное значениеl_аn оп­ределяют по табл. 1.2;

R_s— расчетное сопротивление арматуры (см. гл.II);R_b— расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (см. гл.II);d— диаметр стержня.

Рис. 1.29. Анкеровка ненапрягаемой арматуры

а - круглых гладких стержней; б - стержней периодического про

филя на свободной опоре

Таблица 1.2.

К определению длины анкеровкн lаn ненапрягаемых стержней периодического профиля

Если стержни заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором они используются с неполным расчетным сопротивлением, то при определении l_anзначениеRsумножают на отношение площадей се­чения арматуры, необходимой при полном использовании расчетного сопротивления, к фактической.

На крайних свободных опорах изгибаемых элемен­тов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10 d; если наклонные трещины в растянутой зоне не об­разуются, то стержни заводят за внутреннюю грань опо­ры на длину не менее 5d(рис. 1.29, б).

б. Усадка железобетона

В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутрен­ней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным, усадка и набухание железо­бетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и на­бухание бетона (рис. 1.35). Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напря­жений - растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре.

Рис. 1.35. Усадка и набухание

1 - бетона; 2 - железобетона

Рис. 1.36. Деформации усадки образцов

а - бетонного; б - железобетонного

Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента ε_slи стесненной усадки ар­мированного элемента ε_sl,_s(рис. 1.36) ε_bt = ε_sl – ε_sl,s (1.22)

возникают средние растягивающие напряжения в бетоне σ_bt = ε_bt E_bt (1.23)

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зо­не контакта с арматурой. Деформации ε_sl,sявляются для арматуры упругими, и в ней возникают сжимающие напряжения

σ_s = ε_sl,s E_s (1.24)

Уравнение равновесия внутренних усилий элемента, армированного двусторонней симметричной арматурой, имеет вид

σ_s A_s= σ_bt A (1.25)

где As— площадь сечения арматуры; А - площадь сечения элемента. Отсюда найдем

σ_s = σ_bt (A/A_s) = σ_bt/μ₁ (1.26)

где μ₁=As/A— коэффициент армирования.

Подставляя в (1.22) деформации, выраженные через напряжения по (1.23), (1.24), (1.26)

σ_bt /E`_bt= ε_sl - σ_bt/μ E_s

найдем значение растягивающих напряжении в бетоне

σ_bt = ε_sl E_s / (1/μ₁ + ν/λ_bt) (1.27)

ν=E_s/E_b—отношение модулей упругости арматуры и бетона.

При усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона ε_sl, коэффициента армирования μ, класса бетона. С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения σ_btувеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяженииR_bt, возни­кают усадочные трещины. Растягивающие напряжения р бетоне при стесненной усадке элемента, армированно­го односторонней несимметричной арматурой, возраста­ет вследствие внецентренного приложения к сечению усилия в арматуре

σ_bt = 2.25ε_sl E_s / (1/μ₁ + 2.25ν/λ_bt)

Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлени­ем трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определимого железобетонного элемента.

В статически неопределимых железобетонных конст­рукциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятст­вуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на опре­деленное число градусов. Для тяжелого бетона возмож­но среднее значение ε_sl,s ≈1,5 10^-4, что при коэффици­енте линейной температурной деформации

α_t= 1 10^{-5 0}C^-1эквивалентно понижению температуры на ~15°С. Для железобетона на пористых заполнителях ε_sl,s ≈1,5 10^-4. Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки.