§ 1.2, Арматура для железобетонных конструкций

Арматурой называют стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с расчетом, конструктивными и про­изводственными требованиями. Арматуру в железобетон­ных конструкциях устанавливают для восприятия растя­гивающих напряжений или усиления сжатого бетона. В качестве арматуры применяют в основном сталь. В ря­де случаев возможно применение и других материалов, например стеклопластика, обладающего высокой прочностью,

химической стойкостью. Однако этот материал значительно дороже стали и его целесообразно приме­нять лишь в конструкциях, к которым предъявляются специальные требования коррозионной стойкости, элек­троизолирующей способности и немагнитности.

Виды арматуры. По назначению различают арма­туру рабочую, устанавливаемую по расчету, конструктив­ную и монтажную, применяемые из конструктивных и технологических соображений. Конструктивная арма­тура воспринимает не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры, равномерно рас­пределяет усилия между отдельными стержнями и т.п.; монтажная обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, объединяет ее в каркасы и т.п. (рис. 1.4).

По способу изготовления различают арматуру горя­чекатаную (получаемую способом проката)—стержне­вую и холоднотянутую (изготовляемую путем вытяжки в холодном состоянии) —проволочную.

По профилю поверхности различают арматурные ста­ли гладкие и периодического профиля (рис. 1.5). Послед­ние обладают лучшим сцеплением с бетоном и в настоя­щее время являются основной арматурой.

По способу применения арматуру делят на напрягае­мую и ненапрягаемую.

Горячекатаная и холоднотянутая арматура называет­ся гибкой. Помимо нее в конструкциях в ряде случаев применяют жесткую (несущую) арматуру из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков и т. п.

Физико-механические свойства. Эти свойства ар­матуры зависят от химического состава, способа произ­водства и обработки. В мягких сталях содержание угле­рода составляет обычно 0,2...0,4 %. Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности при одно­временном снижении деформативности и свариваемости. Изменение свойств сталей может быть достигнуто введением легирующих добавок. Марганец, хром повышают прочность без существенного снижения деформативности. Кремний, увеличивая прочность, ухудшает сваривае­мость.

Повышение прочности может быть достигнуто также термическим упрочнением и механической вытяжкой. При термическом упрочнении вначале осуществляют на­грев арматуры до 800...900°С и быстрое охлаждение, а затем нагрев до 300...400 °С с постепенным охлаждением, При механическом затягивании арматуры на 3...5 % вследствие структурных изменений кристалличе­ской решетки— наклепа сталь упрочняется. При повтор­ной вытяжке (нагрузке) диаграмма деформирования 4 будет отличаться от исходной (рис, 1.6), а предел теку­чести существенно повысится.

Основные механические свойства сталей характе­ризуются диаграммой «напряжения — деформации», по­лучаемой путем испытания на растяжение стандартных об­разцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм подразделяются на (рис. 1.6): 1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали); 2) стали с неявно вы­раженной площадкой текуче­сти (низколегированные, тер­мически упрочненные стали); 3) стали с линейной зависи­мостью почти до раз­рыва (высокопрочная прово­лока ).

Основные прочностные характеристики: для сталей вида 1 — физический предел текучести; для сталей видов 2 и 3 — условный предел теку­чести , 2, принимаемый рав­ным напряжению, при котором

остаточные деформации соста­вляют 0,2%, и условный пре­дел упругости, при котором остаточные деформации 0,02 % ■ Помимо этого характеристиками диаграмм являют­ся предел прочности (временное сопротивление) к пре­дельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали. Малые предельные удлинения могут дослужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие плас­тические свойства сталей создают благоприятные усло­вия для работы железобетонных конструкций (перерас­пределение усилий в статически неопределимых систе­мах, при интенсивных динамических воздействиях и т. п.).

• В зависимости от типа конструкций и условий, эксплуатации наряду с основной характеристикой — диа­граммой «σ—ε» в ряде случаев необходимо учитывать другие свойства арматурных сталей: свариваемость, рео­логические свойства, динамическое упрочнение и т. п.

Под свариваемостью понимают способность арма­туры к надежному соединению с помощью электросвар­ки без трещин, каверн и других дефектов в зоне сварного шва. Хорошей свариваемостью обладают горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя. сваривать термически упрочненные стали (кроме специ­альных «свариваемых») и упрочненные вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения.

Реологические свойства характеризуются ползучестыо и релаксацией, Ползучесть арматурных сталей про­является лишь при больших напряжениях и высоких температурах. Более опасна релаксация—падение напря­жений во времени при неизменной длине образца (отсут­ствии деформаций). Релаксация зависит от химического состава стали, технологии изготовления, напряжения, температуры и др. Она наиболее интенсивно протекает в первые часы, но также продолжаться длительное вре­мя. Учет ее важен при расчете предварительно напряжен­ных конструкций.

Усталостное разрушение наблюдается при дейст­вии многократно повторяющейся нагрузки при понижен­ном сопротивлении и носит хрупкий характер. Прочность при многократно повторной нагрузке (предел выносливо­сти) арматуры зависит от числа повторений нагрузки п и характеристики цикла нагружения p_s.

Динамическое упрочнение имеет место при дейст­вии кратковременных (t≤lc) динамических нагрузок большой интенсивности взрывных, сейсмических). Пре­вышение динамического предела текучести над ста­тическим объясняется запаздыванием пластических деформаций и зависит от химического состава стали и скорости деформации.

Классификация арматуры. Все арматурные стали разделяют на классы, объединяющие стали с одинаковы­ми прочностными и деформативными свойствами. При этом к одному классу могут относиться стали, отличаю­щиеся по химическому составу, т. е. разных марок.

Стержневая арматура обозначается буквой А и римской цифрой и бывает: горячекатаная — гладкая класса A-I; периодического профиля классов А-П, А-Ш, A-IV, AV и А-VI; термически и термомеханически упроч­ненная — периодического профиля классов Ат-Ш, At-IV, At-V, At-VI и механически упрочненная класса А-Шв. Для дополнительной характеристики стержневой ар­матуры, необходимой при использовании ее в определен­ных условиях, к обозначениям классов вводятся индексы. Индекс;. «С» в обозначении термически и

термомеханически упрочненной арматуры указывает на возможность соединения стержней с помощью сварки (At-IVC); «К» — на повышенную стойкость к коррозии под напря­жением (Ат-IVK); «СК» — на возможность сварки и по­вышенную стойкость к коррозии под напряжением (Ат-VCK). Индекс «с» употребляется для арматуры, ре­комендуемой к использованию в условиях низких темпе­ратур, например класса Ас-11 из стали марки 10ГТ.

Холоднотянутая проволочная арматура обознача­ется буквой В и римской цифрой и подразделяется на обыкновенную арматурную проволоку рифленую (перио­дического профиля) класса Вр-I и гладкую класса B-1, а также высокопрочную гладкую проволоку класса В-11 и периодического профиля класса Вр-11.

Основные прочностные и деформативные характерис­тики различных арматурных сталей приведены в табл. 2.2. Сортамент стержней и проволочной арматуры дан на форзаце. Приведенные в сортаменте диаметры горяче­катаной арматурной стали' периодического профиля со­ответствуют поминальному диаметру равновеликих по площади круглых гладких стержней.

Арматурные изделия. Для ускорения производства работ ненапрягаемая гибкая арматура (отдельные стержни) объединяется в каркасы и сетки, в которых стержни в местах пересечений соединяются контактной точечной сваркой или вязкой. В отдельных случаях до­пускается применение дуговой сварки.

Сварные каркасы (рис. 1.7, а) образуются из про­дольных и поперечных стержней. Продольные рабочие стержни устраивают в один или два ряда. Приварка про­дольных стержней к поперечным с одной стороны более технологична, чем с двух.

Плоские каркасы обычно объединяются в пространст­венные, которые должны обладать достаточной жестко­стью для возможности складирования, транспортирова­ния и сохранения проектного положения в форме.

При назначении диаметров продольных и поперечных стержней необходимо учитывать условия технологии сварки во избежание пережога более тонких стержней;

Диаметры про­дольных стержней, ми ... 3...10 12...16 18...20 22 25...32 36...40

Наименьшие стержней мм 3 4 5 6 8 10

Сварные сетки (ГОСТ 8478—81) выполняют из сталей классов B-I, Bp-I, A-I, А-Н, A-III.

Сварные сетки можно конструировать, предусматри­вая их последующее сгибание в одной плоскости на спе­циальных станках. Сетки бывают плоские и рулонные, с продольной и поперечной рабочей арматурой. Рулонные сетки с продольной рабочей арматурой изготовляют при диаметре продольных стержней не более 5,мм (рис. 1.7,6). При диаметре более 5 мм применяют сетки с по­перечной рабочей арматурой (рис. 1.7, в) или плоские. Максимальный диаметр поперечных стержней плоских я рулонных сеток 8 мм. Длина сетки в рулоне 50...100 м, поэтому для использования в конструкциях сетки разре­зают по месту.

Арматурные канаты и пучки. Армирование конст­рукция отдельными высокопрочными проволоками (вследствие их большого числа) трудоемко и часто при­водит к излишнему развитию сечений элементов, В связи с этим проволоку укрупняют в канаты и пучки. Канаты (рис. 1.7, г) обычно изготовляют из 7 или 19 проволок одного диаметра (обозначение К-7 или К-19), навивая на центральную прямолинейную проволоку остальные

Рис. 1.8. Соединения арматуры

в один или несколько слоев. Диаметр проволок канатов К-7 от 2 до 5 мм. Расчетные характеристики канатов приведены в табл. 2.2. Пучки состоят из параллельных высокопрочных проволок (14, 18, 24 шт.) или канатов (рис 1.7, д). Пучки могут иметь по концам анкеры, а по длине обматываются мягкой проволокой.

Соединения арматуры [6]. Для соединения арма­турных стержней по длине в заводских условиях реко­мендуется применять контактную стыковую сварку (рис. 1,8, а) на специальных сварочных машинах. Для соеди­нения встык при монтаже используют дуговую сварку. При этот в случае свариваемых стержней d^20 мм при­меняют дуговую ванную сварку в инвентарных (медных) формах (рис. 1.8, б). При d<20 мм дуговую сварку осу­ществляют с накладками с четырьмя фланговыми швами "(рис. 1.8,в). Допускается также сварка односторонними удлиненными швами (рис. 1.8, г). Стык рабочих стерж­ней внахлестку без сварки применяют при мм (рис. 1,8,6) в тех местах, где прочность арматуры ис­пользуется не полностью, Стыки внахлестку не допускаются в растянутых элементах. В местах стыка обязатель­но устанавливают дополнительные хомуты. Во всех слу­чаях стыки следует делать вразбежку подлине элемента. Стыки внахлестку сварных сеток в рабочем направ­лении, так же как и стержней, должны иметь длину пере­пуска 1>1_ап, определяемую по формуле (1.12). Длину нахлестки сетки в направлении распределительной арма­туры принимают 50..100 мм в зависимости от диаметра.

Я Применение арматуры в железобетонных конст­рукциях. Выбор класса арматурных сталей производят в зависимости от типа конструкции, наличия предвари­тельного напряжения, условий возведения и эксплуата­ции здания.

В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры приме­няют в основном" сталь класса А-Ш и проволоку класса Bp-I (B-I) в сетках и каркасах. Арматуру классов А-II и A-I допускают в качестве поперечной арматуры, а в ка­честве продольной — только при соответствующем обос­новании (например, если прочность стали А-Ш не может быть полностью использована из-за чрезмерного раскры­тия трещин и прогибов). Стержневую арматуру класса A-IV и выше применяют в качестве продольной армату­ры только в вязаных каркасах.

В качестве напрягаемой рабочей арматуры при нор­мальных условиях эксплуатации и длине железобетон­ных элементов до 12 м используют преимущественно ста­ли классов Ат-VI и At-V, а также В-П, Вр-П, К.-7, К-19, A-IV, A-V, A-VI, А-Шв, для элементов длиной более 12 м — главным образом арматурные канаты, пучки, про­волоку классов В-П, Вр-П, а также свариваемую арма­туру A-VI, A-V, A-IV и А-Ш в.