Лекция №6 железобетоные конструкции

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

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.

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. 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.

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

2. Достоинство и недостатки железобетона

Достоинства:

1. Высокая прочность.

2. 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).

3. 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.

4. Стойкость против атмосферных явлений.

5. Доступность составляющих железобетонных компонентов.

6. Экономичность при изготовлении и эксплуатации.

7. Эстетичность, архитектурная выразительность

Недостатки:

1. Раннее образование трещин в растянутой зоне и быстрое их раскрытие.

2. Большой вес.