Лекция №1 сущность железобетона

1. Сущность железобетона

Как и любой другой искусственный или естественный каменный материал, бетон сопротивляется разрыву приблизительно в 15-20 раз слабее, чем сжатию. Кроме того, он – хрупкий материал, рассмотрим зависимость напряжений и деформаций в бетоне (рис.1.1).

Рис. 1.1. Диаграмма зависимости

Средняя относительная предельная растяжимость бетона (или0,00015),

а средняя относительная предельная сжимаемость

(или 0,002), т.е. средняя относительная предельная сжимаемость бетона в 13 раз больше относительной предельной растяжимости.

Именно хрупкость бетона не позволяет во многих случаях использовать прочность бетона при растяжении, даже когда напряжения, вызываемые внешними силами, невелики. Это объясняется тем, что в период строительства возникают трещины из-за колебаний температур, неравномерного высыхания, случайных динамических воздействий. Непосредственно бетонными конструкциями бывают: колонны, фундаменты, подпорные стенки и прочие конструкции, воспринимающие только сжимающие усилия.

Исследования показали, что разрушение бетонных балок происходит от разрыва нижних (наиболее растянутых) волокон (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема разрушения бетонной балки

1 – нейтральный слой (ось);

2 – сжатая зона балки;

3 – растянутая зона балки;

4 – трещина в нормальном сечении

ширина прямоугольного сечения или ребра таврового и двутаврового сечений;

высота прямоугольного, таврового, двутаврового сечений;

высота сжатой зоны.

При этом несущая способность сжатой зоны балок используется не более чем

на 5 – 7 %.

Если усилить растянутую зону балки так, чтобы она могла воспринимать необходимые растягивающие усилия, то, соответственно, будет возрастать несущая способность всей балки, вплоть до полного исчерпания прочности ее сжатой зоны.

Наиболее подходящим материалом, позволяющим в широких пределах повышать сопротивляемость растянутых зон бетонных балок, оказалась стальная арматура, одинаково хорошо сопротивляющая растяжению и сжатию.

Относительное удлинение стали при разрыве в сотни раз превышает предельное удлинение бетона. Как известно, в отличие от бетона сталь более прочный и одновременно более пластичный материал.

Если судить по диаграмме зависимости стали (рис. 1.3), сталь – это упругопластический материал.

Рис. 1.3. Диаграмма зависимости

При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны, следовательно, прочность ее по сравнению с бетонной (неармированной) балкой в зависимости от класса бетона возрастает в 15-20 раз (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема разрушения железобетонной балки

1 – нейтральный слой (ось);

2 – сжатая зона балки;

3 – растянутая зона балки;

4 – трещины в нормальных сечениях;

5 – трещины в наклонных сечениях;

6 – стальная арматура;

7 – раздробление бетона сжатой зоны

Железобетон – это комплексный конструктивный материал, в котором бетон и арматура работают под нагрузкой как единое монолитное целое.

Пользуясь терминологией механики твёрдого тела, можно сформулировать понятие железобетона как армированного композитного материала.

При этом предполагается, что бетон в основном предназначен для восприятия сжимающих усилий, а стальная арматура – растягивающих.

При таком распределении функций между бетоном и арматурой железобетон способен воспринимать растягивающие усилия вплоть до полного исчерпания несущей способности сжатой зоны изгибающих, внецентренно сжатых или растянутых элементов (рис. 1.5, рис.1.6).

Рис. 1.5. Диаграммы зависимости для бетона класса В20 и арматурной стали класса А400

––––– –диаграмма растянутого бетона;

––––– – диаграмма растяжения стали

Рис. 1.6. Диаграммы зависимости для бетона класса В20 и арматурной стали класса Ат800

––––– –диаграмма растянутого бетона;

––––– – диаграмма растяжения стали

Железобетон обладает анизотропией –зависимостью механических и деформативных свойств от направления действия внешних нагрузок, обусловленной армированием и нелинейностью деформирования, т.е. анизотропия связана с трещиностойкостью, пластическими свойствами бетона и стали.

Особенность железобетона: способность воспринимать нагрузку с видимыми трещинами в растянутой зоне.