6.3. Галузі застосування залізобетону
1) Для спорудження одно- і багатоповерхових виробничих будівель із збірного залізобетону виготовляють плити покриття та перекриттів, стінові панелі, балки, ферми, колони, підкранові балки, фундаменти. Зовнішні стіни великопанельних будівель монтують з керамзитобетонних панелей, а решту елементів – з важкого бетону.
2) Видовищні будівлі – театри, кінотеатри.
3) Спортивні споруди – палаци спорту, криті стадіони, плавальні басейни.
4) Залізобетонні попередньо напружені конструкції використовують для аркових, фермових, балконових мостів на залізничних та автомобільних магістралях.
5) З монолітного та збірно–монолітного залізобетону будують спеціальні інженерні споруди – бункери, резервуари для зберігання нафтопродуктів, телевізійні башти, лінії електропередач, атомні реактори.
6) Просторові конструкції – об'ємні елементи ліфтових шахт, кільця криниць, блок – кімнати санітарних кабін.
7) Будівництво гідротехнічних споруд – гребель, шлюзів, набережних, будівель ГЕС.
8) Транспортне будівництво – попередньо напружені шпали, естакади.
9) Зі збільшенням польотної маси літаків усі злітні та посадочні смуги будують з монолітного, часто попередньо напруженого залізобетону.
10) Для видобування нафти й газу споруджують плавучі або такі, що опускаються на дно, острови з монолітного залізобетону.
11) Використовують для будівництва плавучих доків, понтонів, причальних споруд.
12) Зростання міст зумовило розвиток підземного будівництва – транспортні та пішохідні тунелі, підземні гаражі, станцій метро, колектори.
6.4. Особливості залізобетону, як будівельного матеріалу
Розглянемо особливості залізобетону, як будівельного матеріалу на прикладі роботи балок на згин. Спочатку розглянемо роботу на згин бетонної балки (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Схема роботи бетонної балки на згин: 1 – стиснута зона; 2 – розтягнута зона; 3 – тріщина, що спричиняє руйнуванню балки; F – силове навантаження; f – величина прогину балки
Під дією навантаження F у початковий період напруження і деформації пов’язані лінійною залежністю за законом Гука. З подальшим збільшенням навантаження з розтягнутій зоні виникають не пружні деформації. У момент виникання граничних напружень на розтяг σмах і граничних деформацій розтягу в бетоні утворюється перша тріщина, яка спричиняє швидке крихке руйнування балки. Дослідження показали, що міцність бетону на розтяг в 10 …15 разів нижча, ніж на стиск. Наприклад – для класу В15 міцність на розтяг σрмах = 1.15 МПа, а на стиск σсмах = 11 МПа.
Отже, міцність стиснутої зони залишається невикористаною у зв’язку з незначною міцністю розтягнутої зони, і, як наслідок – невелика несуча здатність бетонної балки.
Якщо в розтягнуту зону помістити сталеві стержні, то характер роботи вже залізобетонної балки буде інший (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Схема роботи залізобетонної балки на згин: 1 – стиснута зона; 2 – розтягнута зона; 3 – тріщини в розтягнутому бетоні; 4 –арматура. 5 – зона пошкоджень бетону; F – силове навантаження.
У початковий момент бетон і арматура працюють разом. Із збільшенням навантаження, коли в бетоні розтягнутої зони напруження і деформації досягають граничних значень, виникають перші тріщини. Навантаження в цей момент становить 15 …25% від руйнівного. Бетон в розтягнутій зоні виключається з роботи, і всі розтягуючі зусилля сприймає арматура. Подальше збільшення навантаження спричиняє збільшення ширини розкриття тріщин, розвиток їх по висоті, утворення нових. Руйнування настає тоді, коли напруження в арматурній сталі досягають границі текучості. Руйнування балки буде пластичним, з великими прогинами, і закінчиться роздробленням бетону стиснутої зони. Таким чином армування бетонної балки дає можливість використовувати міцність арматури на розтяг і міцність бетону на стиск. Несуча здатність залізобетонної балки може переважати несучу здатність бетонної, більш як у 10 разів.
Рис. 6.3. фрагмент залізобетонної балки після випробування її на згин.
На рис 6.3 показаний фрагмент залізобетонної балки після випробування її на згин. На даному рисунку видно розподілення тріщин у розтягненій зоні.
Рис. 6.4. Схема попередньо напруженої залізобетонної балки: 1 – стиснута зона; 2 – розтягнута зона; 3 – попередньо напружена арматура P – зусилля попереднього натягу.
Звичайні залізобетонні конструкції мають істотні недоліки – тріщини в розтягнутій зоні, що не завжди припустиме для нормальної експлуатації.
Тому застосовують попередньо напружені конструкції, під час виготовлення яких створюється обтискування бетону розтягнутої зони. Цього досягають напруженням арматури. Обтискування бетону дає можливість не допускати утворення тріщин під час експлуатації або обмежити їх розкриття (рис. 6.4).
У стиснутих конструкціях основне навантаження сприймає бетон, оскільки він добре чинить опір стисканню. Арматура сприймає частину стискальних зусиль, що дає можливість зменшити розміри поперечного перерізу елемента. Армування стиснутого бетону підвищує надійність залізобетонних конструкцій. Проте заміняти бетон дорожчим матеріалом – стальною арматурою є економічно невигідно і арматуру ставлять у кількості 3% від площі перерізу бетону.