Лекции 01-16

3

Характеристики прочности и деформаций арматурных сталей

устанавливают по диаграмме σS-εS, получаемой из испытания образцов на растяжение.

Удлинение после разрыва горячекатаной (мягкой стали) – 25%. (σу) – физический предел текучести арматурной стали.

(σu) – временное сопротивление арматурной стали.

При (σу) деформация развивается без заметного увеличения напряжения.

При (σu) образуется шейка, предшествующая разрыву.

Увеличить прочность с тали можно, если добавить в сталь марганец, хром и др., а также применяя термическое упрочнение или холодное деформирование.

Из рисунка виден переход высоколегированных и термически упрочненных арматурных сталей в пластической стадию с маленькой площадкой текучести.

Деформативность

Под деформативностью понимают характеристики пластичности

стали, характеризуемые формой диаграммы σS-εS (рис. 1.1.15.), величину угла загиба или число перегибов в холодном состоянии, ползучесть стали (реологические свойства). Удлинение стали при разрыве оценивают величиной равномерного относительного удлинения при разрыве (без учета длины шейки разрыва) эталонного образца.

Этой величиной характеризуется разрушение конструкции (хрупкое или пластичное). От угла загиба и числа перегибов зависит возможность обработки арматурной стали. Их устанавливают на основе испытания эталонных образцов стержневой арматуры на однократный загиб, а проволочнойна многократный перегиб.

Упрочнение вытяжкой

Вытяжка в холодном состоянии дает большую прочность стержням большого диаметра. Много кратное же волочение через уменьшающиеся отверстия дает высокопрочную проволоку, когда удлинения при разрыве снижаются до 4-6 %, причем при t=800 0С производится предварительная термообработка с последующим охлаждением. (Высокопрочная проволока класса В-1200-1500).

4

Сортамент арматурных сталей

1.1.12. Сварные арматурные изделия

Сварные сетки изготавливают из арматурной проволоки диаметром от 3

– 5 мм включительно из класса арматуры В – 500 и арматуры класса А – 400 от 6 до 10 мм включительно.

Сетки бывают рулонные или плоские. В рулонных сетках максимальный диаметр продольных стержней 5 мм рабочей арматурной сети. В качестве рабочей арматуры можно также использовать одновременно стержни сеток обоих направлений.

Ширина сетки ограничивается величиной 3800 мм. Длина рулонных сеток ограничивается массой до 1300 кг. Длина плоских сеток принимается по проекту, но не более 9 м. Плоские сварные каркасы изготавливают из одного или двух продольных рабочих стержней и приваривающихся к ним поперечных стержней. Пространственные каркасы образуются из плоских каркасов. Качество сварки каркасов зависит от диаметра привариваемых стержней. В последнее время сетки вяжут т.к. качество сварных сеток не всегда обеспечено и не соответствует нормам.

Диаметр поперечной арматуры должен быть не меньше (1/3÷ 1/4) продольной арматуры.

Напрягаемую арматуру изготавливают из отдельных стержней и проволок, объединенных в канаты (напрягаемую арматуру сваривать нельзя).

5

Рис. 1.1.16.Каркасы железобетонных конструкций: а- плиты; б-

балки; в- колонны; 1- рабочая арматура; 2- конструктивная; 3- монтажная; 4- поперечные стержни балок, привариваемые к рабочей и монтажной арматуре; 5- конструктивная продольная арматура; 6- хомуты кокосов колонн

.

Арматурный канат наиболее эффективен в качестве напрягаемой арматуры. Он состоит из проволок диаметром от 1 до 13 мм. Арматурные пучки состоят из параллельно расположенных высокопрочных проволок с зазорами,

6

обеспечивающими проникание цементного раствора. В многорядных пучках слои проволок диаметром от 4 до 5 мм включительно может достигать до 100 шт.

1.1.13. Соединение арматур

Основным видом соединения арматурных стержней является сварное соединение сетки. В заводских условиях для соединения стержней классов от А 240 ÷ А 500 применяют контактную сварку, при этом отклонение диаметров

параллельных стержней d1/d2 ≥ 0,85. При этом d1 = 10 мм. Если диаметр соединяемых стержней меньше 20 мм, то применяют сварку электродуговую со стержнями накладками.

Рис. 1.1.17.Соединение арматур.1 – соединение – стык контактной сваркой; II– соединение – стык электродуговой сваркой; III –соединение накладкой; 1 – стержни с металлической пластиной; 2 – стержни – накладки.

Стержневую арматуру класса А – 240 – А – 400 включительно допускается соединять в нахлестку без сварки с напуском концов стержней от

20до 50 .

Внахлестку можно выполнять стыки сварных сеток в направлении рабочей арматуры. В каждой их соединяемых растянутых сеток на длине

7

нахлестки должно быть расположено не менее двух поперечных стержней, приваренных по всем продольным стержням.

Рис. 1.1.17.Соединение арматурных сеток внахлестку; d1 – диаметр рабочей арматуры; d2 – диаметр конструктивной (монтажной) арматуры.

Стыки сварных сеток в нерабочем направлении также выполняют внахлест. Длина нахлеста принимается равной 5 см при диаметре конструктивной арматуры до 4 мм включительно. Длина нахлеста 100 мм, если диаметр конструктивной арматуры больше 4 мм.

Эти же стили при диаметре рабочих стержней 16 мм и более осуществляются укладкой дополнительных сеток с припуском распределительной или конструктивной арматуры в каждую сторону не менее ≥ 150 г и не менее ≥ мм.

1.1.14.Неметаллическая арматура

Вцелях экономии металла применяют стеклопластиковую арматуру. Её получают из тонких стекловолокон объединяемых в арматурный стержень с помощью синтетических смол. Такие арматурные стержни обладают хорошим

сцеплением с бетоном, высокой прочностью на разрыв: Rt = 1800 мПа. При этом они имеют низкий модуль упругости: Е = 45000 мПа. Такая арматура хорошо используется в преднапряженных конструкциях.

Недостаток:

1. Разрушение от щелочной реакции

2. Старение (снижение прочности с течением времени)

8

1.1.15.Сцепление арматуры с бетоном

Вжелезобетонных конструкциях скольжение арматуры в бетоне под нагрузкой не происходит благодаря сцеплению материалов. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в бетоне (рис. 1.1.18, а). По опытным данным, прочность сцепления зависит от следующих факторов: зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля (рис. 1.1.18, б); сил трения, развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки; склеивания арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности цементного геля. Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор: он обеспечивает

около 34 общего сопротивления скольжению арматуры в бетоне; если арматура гладкая и круглая, сопротивление скольжению уменьшается, Прочность сцепления возрастает с повышением класса бетона, уменьшением водоцементного отношения, а также с увеличением возраста бетона.

Исследования показали, что распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине заделки стержня неравномерно; наибольшее напряжение сцепления не зависит от длины анкеровки стержня lan. Среднее напряжение сцепления определяют как частное от деления усилия в стержне N на площадь заделки.

где u – периметр сечения стержня (для гладкой арматуры при средних классах бетона ид;2,5...4 МПа).

При недостаточной заделке к концам стержней приваривают коротыши или шайбы (по концам стержней из гладкой стали класса А-240 устраивают крюки).

При вдавливании арматурного стержня в бетон прочность сцепления больше, чем при его выдергивании вследствие сопротивления окружающего слоя бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. С увеличением диаметра стержня и напряжения в нем σs прочность сцепления при сжатии возрастает, а при растяжении уменьшается (рис. 1.29,в). Отсюда следует, что для лучшего сцепления арматуры с бетоном при конструировании железобетонных элементов диаметр растянутых стержней следует ограничивать.

9

Рис. 1.1.18.Сцепление арматуры с бетоном; а- гладкой; б-

периодического профиля; в- зависимость напряжений сцепл ения от диаметра стержня.

Испытание образцов на выдергивание или вдавливание:

1.Выдергивание

2. Разрушение от разрыва стержня

lсц напрямую зависит при прочих равных условиях от d. Для растянутых элементов lсц=20 d, сжатых lсц=10d.

10

1.1.16.Анкеровка арматуры в бетоне

Вжелезобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне— анкеровка достигается запуском арматуры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помощью анкерных устройств.

Ненапрягаемая арматура из гладких стержней класса А-240 снабжена на концах анкерами в виде полукруглых крюков диметром 2,5 d, а в конструкциях из бетонов на пористых заполнителях – диаметром 5d (рис. 1.1.19, а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крюков на концах. Также не имеют крюков на концах арматурные стержни периодического профиля, обладающие значительно лучшим сцеплением с бетоном.

Рис. 1.1.18.Анкер ненапрягаемой арматуры; а- круглых гладких стержней; б- стержней периодического профиля на свободной опоре балки.

Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором она учитывается с полным расчетным сопротивлением, на длину зоны анкеровки

где ωan, ∆λan, λan – коэффициенты, определенные по табл. 1.2; Rs – расчетное сопротивление арматуры (см. гл. 2); Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию; d– диаметр стержня.

К определению длины анкеровки lan ненапрягаемых стержней периодического профиля.

Если в нормальном к продольной оси элемента сечении стержни используются с неполным расчетным сопротивлением, то при определении 1ап значение Rs умножают на коэффициент, равный отношению площади сечения арматуры, необходимой при полном использовании расчетного сопротивления, к площади сечения фактически имеющейся арматуры.

На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10 d, а если наклонные трещины в растянутой зоне не образуются— то на длину не менее 5d(рис. 1.1.18,б),

Напрягаемую арматуру — стержни периодического профиля или арматурные канаты — при натяжении на упоры и достаточной прочности бетона применяют в конструкциях без специальных анкеров; при натяжении на бетон (арматурные пучки) или на упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном (гладкая высокопрочная проволока) — со специальными анкерами. Длину зоны анкеровки напрягаемой арматуры без анкеров принимают равной длине зоны передачи напряжений с арматуры на бетон по формуле:

где ωр, λр – коэффициенты, определяемые по табл. 1.3; Rbp — передаточная прочность бетона (кубиковая прочность бетона к моменту обжатия);

σsp—предварительное напряжение в арматуре с учетом потерь (принимают равным большему из значений; Rc или σsp).

Для элементов из легкого бетона классов В7,5— В12,5 значения ωp и λр по табл. увеличивают в 1,4 раза. Для стержней периодического профиля всех видов значение lР принимают не менее 15 d. При мгновенной передаче усилия обжатия на бетон для стержней периодического профиля диаметром до 18 мм (срезаемых с натяжных приспособлений упоров форм при отпуске натяжения) значения со и ее увеличивают в 1,25 раза.

Предварительное напряжение в арматуре считается изменяющимся линейно от нуля у края элемента до полного значения в сечении, расположенном на расстоянии lp от края элемента. Для того чтобы бетон при передаче на него усилий с напрягаемой арматуры не раскалывался, концы элементов усиливают закладными деталями с анкерными стержнями, хомутами и т. п.

Для захвата, натяжения и закрепления на упорах канатов и стержневой арматуры периодического профиля применяют специальные цанговые захваты; кроме того, для стержневой арматуры используют приваренные коротыши или шайбы, нарезку накатом без ослабления сечения, высаженные головки правильной формы или неправильной формы со втулкой.