2. Условия существования железобетона
Обеспечение совместных деформаций бетона и арматуры
Способ обеспечения совместности при этом не имеет значения – нагрузка прикладывается на бетон. Необходимо обеспечить передачу возникающих от нагрузки усилий с бетона растянутой зоны на арматуру.
В принципе возможны два технологических приема передачи:
за счет сцепления арматуры и бетона вдоль всей конструкции (рис. 1.7, а)
за счет анкеров, устраиваемых по торцам балки (рис. 1.7, б)
а)
б)
Рис. 1.7. Технологические приемы передачи усилий с бетона на арматуру
а) – передача внешней нагрузки за счет сцепления арматуры с бетоном;
б) – анкеровка арматуры путем устройства на концах специальных анкеров
Для случая сцепления арматуры и бетона до образования трещин в любом сечении действует условие (1.1):
(1.1)
При отсутствии сил сцепления образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры, таким образом, происходит резкое раскрытие образовавшейся трещины, уменьшение высоты сжатой зоны, уменьшение жесткости при изгибе EI.
Таким образом, исключается сдвиг (продергивание) арматуры в бетоне.
Для случая передачи внешней нагрузки за счет анкеров действует условие (1.2):
(1.2)
Примерное равенство коэффициентов температурного расширения
(1.3)
;
Материалы с разными коэффициентами температурного расширения независимо от надежного сцепления между ними работают в усложненных условиях, т.к. при перепадах температур возникают собственные напряжения, влияющие на сцепление между материалами.
Наличие защиты арматуры от воздействий окружающей среды
В железобетонных конструкциях арматура должна быть защищена от коррозии, а также от быстрого нагревания при действии высоких температур. С этой целью арматуру располагают в удалении от наружной поверхности конструкции – на толщину защитного слоя бетона (рис. 1.8). Защитный слой необходим также для лучшего сцепления арматуры с бетоном.
Толщина защитного слоя для арматуры должна быть:
(1.4)
Рис. 1.8. Защитный слой бетона
3. Достоинство и недостатки железобетона
Достоинства:
Высокая прочность.
Долговечность (при правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно длительное время без уменьшения несущей способности, т.к. прочность бетона с течением времени увеличивается, а арматура защищена от коррозии).
Огнестойкость (выдерживает до 2 часов при снижении несущей способности на 10-20 %). При пожарах средней интенсивности продолжительностью до нескольких часов железобетонные конструкции начинают повреждение с поверхности, и уменьшение несущей способности происходит постепенно.
Стойкость против атмосферных явлений.
Доступность составляющих железобетонных компонентов.
Экономичность при изготовлении и эксплуатации.
Эстетичность, архитектурная выразительность
Недостатки:
Раннее образование трещин в растянутой зоне и быстрое их раскрытие.
Большой вес.
При проектировании недостатки стараются уменьшить. Раскрытие трещин при действии эксплуатационных нагрузок во многих конструкциях невелико и не мешает нормальной эксплуатации. На практике (особенно при применении высокопрочной арматуры) возникает необходимость предотвращать образование трещин или ограничивать ширину их раскрытия, тогда бетон до приложения внешней нагрузки подвергают интенсивному обжатию посредством натяжении арматуры (т.е. предварительного натяжения). Это повышает жесткость и трещиностойкость железобетонных конструкций.
Вес же снижают применением тонкостенных, пустотных конструкций, а также конструкций на пористых и лёгких заполнителях.