2. Галузі застосування залізобетонних конструкцій
Залізобетонні конструкції широко застосовуються у будівництві. Із монолітного та збірного залізобетону споруджують одно- і багатоповерхові виробничі будівлі (рис. 0.2), монтують стіни і несучі конструкції великопанельних будівель, розвивається будівництво житлових будинків із залізобетонних блок-кімнат. До складу громадських будівель входять переважно збірний залізобетонний каркас, плити перекриттів, стінові панелі.
Рис. 0.2. Залізобетонний каркас багатоповерхової промислової будівлі
ЗБК використовують для аркових, нерозрізних та розрізних балкових мостів на залізничних та автомобільних магістралях (рис. 0.3).
Рис. 0.3. Залізобетонний міст
1
Рис. 0.4 Розріз водозливної греблі Братської ГЕС: 1 шов; 2 оглядові потерни; 3 автодорожна магістраль; 4 залізнична магістраль; 5 сегментний затвор
Монолітний або збірно-монолітний залізобетон використовують у гідротехнічному будівництві — греблі (рис. 0.4), шлюзи, набережні, будівлі ГЕС тощо.
Залізобетон широко застосовують також у транспортному будівництві (попередньо напружені шпали та опори контактної мережі, шляхопроводи, естакади, станційні будівлі і споруди).
Інженерні споруди (резервуари, силоси, бункери, тунелі, підпірні стіни, підземні переходи, очисні споруди, телевізійні вежі, атомні реактори, залізобетонні платформи для добування нафти (рис. 0.5) тощо) також проектують в основному із залізобетону. У зв’язку з різким збільшенням політної маси літаків злітно-посадкові смуги споруджують із монолітного залізобетону, часто попередньо напруженого.
Рис. 0.5. Залізобетонна платформа для видобутку нафти
Використовують монолітний залізобетон і в суднобудуванні, головним чином для будівництва плавучих дюків, понтонів, дебаркадерів, причальних споруд.
Відомі перші спроби використання залізобетону в машинобудуванні, наприклад для контртягарів, і у верстатобудуванні — для виготовлення станин потужних верстатів та пресів.
3. Короткий історичний огляд про розвиток залізобетону
Перший патент на використання залізобетону у будівництві одержано у Франції. Першою відомою конструкцією був човен, створений французом Ламбо у 1849 році з дротяної сітки, покритої цементним розчином.
Найпростіші залізобетонні балки та плити з’явилися в період 1860-1880 рр. Вони були досить примітивними, арматуру в них розміщали за інтуїцією, оскільки принципи роботи ЗБК ще не були відомі. Активні пошуки конструктивних форм залізобетону і принципів його армування почалися приблизно із 1880 р.
У 1891 році в Петербурзі під керівництвом професора М.А.Белелюбського розпочалися дослідження залізобетонних плит, склепінь, труб, резервуарів та аркового мосту прольотом 17 м. У той же час розпочала систематичні дослідження ЗБК механічна лабораторія Інституту інженерів шляхів сполучення і у 1899 році на залізницях Росії почали застосовувати залізобетон.
У 1904 році в м. Миколаєві вперше в світі було збудовано залізобетонний маяк заввишки 40 м, а у 1908 році вперше в Європі зведено залізобетонні безбалкові перекриття складу молочних продуктів у Москві.
У 30-х роках француз Е.Фрейсіне запропонував і впровадив у будівництво попередньо напружений залізобетон.
У колишньому СРСР у період 20-х років створюються проектні організації, які розробляють проекти великих промислових підприємств та інженерних споруд: Волховська та Дніпровська ГЕС, Московський метрополітен, міст через р. Дніпро у Дніпропетровську, Перший державний підшипниковий завод, друкарня газети «Правда».
Починаючи із 1928 року, в будівельну практику ввійшли розроблені радянськими вченими Б.Власовим, О.Гвоздьовим, П.Пастернаком тонкостінні просторові покриття — оболонки, складки, бані.
Із розширенням використання залізобетону удосконалюються і методи розрахунку ЗБК. До 1938 року в СРСР ЗБК розраховували за методом допустимих напружень, суть якого полягає у тому, що залізобетон розглядали як пружний матеріал. Епюру напружень у стиснутій зоні бетону приймали трикутною. Справедливими вважалися гіпотеза плоских перерізів та закон Гука. Насправді залізобетон є пружно-пластичним матеріалом і уже при малих навантаженнях в ньому поряд з пружними виникають пластичні деформації. Тому виникає об’єктивна необхідність створення нової теорії розрахунку ЗБК, яка б відбивала їхній справжній напружено деформований стан.
У 1938 році в норми проектування було введено метод розрахунку ЗБК за руйнівними зусиллями, який запропонував на основі широких експериментальних досліджень А. Лолейт. Згідно з цією теорією, розрахунок міцності залізобетонних елементів (далі ЗБЕ) виконували на стадії руйнування у припущенні, що і в бетоні і в арматурі одночасно досягаються граничні напруження. Епюру напружень у бетоні стиснутої зони спочатку приймали у вигляді кубічної параболи, а потім за пропозицією П.Пастернака замінили на прямокутну. При цьому методі розрахунку відпала необхідність у використанні гіпотези плоских перерізів та закону Гука. Основним недоліком цього методу розрахунку став єдиний коефіцієнт запасу міцності перерізу (відношення руйнівного зусилля до зусилля на стадії експлуатації), який не міг врахувати з достатньою точністю вплив великого числа факторів на несучу здатність конструкцій, а саме: відмінність міцнісних характеристик бетону та арматури, відхилення фактичних навантажень від прийнятих у розрахунках, вплив особливостей роботи матеріалів і конструкцій тощо.
Із 1955 року в СРСР почали застосовувати метод розрахунку ЗБК за граничними станами, відмінність якого від попереднього полягає у тому, що вводиться система коефіцієнтів, які гарантують конструкцію від настання будь-якого граничного стану: втрата міцності, стійкості, тріщиностійкості та жорсткості.
У 50-х роках В. Мурашов створює теорію тріщиностійкості та деформативності ЗБК з урахуванням реальних властивостей матеріалу.
Завдяки дослідженням, що їх розпочав у 1930 році В. Михайлов, почали застосовувати попередньо напружені ЗБК, які дали можливість ефективно використовувати високоміцні сталі і бетони.
У повоєнний період найбільшого поширення набули збірні, у тому числі попередньо напружені конструкції.
На даному етапі відбувається дальше удосконалення ЗБК, технології їх виготовлення і монтажу, розвиток теорії залізобетону. В практику будівництва впроваджуються різновиди залізобетону, які мають кращі фізико-механічні властивості порівняно із залізобетоном (армоцементні конструкції, сталефібробетонні конструкції, полімербетон тощо).