10. От чего зависит сцепление арматуры с бетоном? Чем характеризуется сцепление? Принципы эскизного конструирования анкеровки стали а-III: растянутой, сжатой, соответствующих стыков.

Для чего нужно сцепление? Нужно для обеспечения их совместных деформаций. При отсутствии сцепления арматура никакой пользы не принесет – бетон будет работать сам по себе, а арматура лишь служить балластом. Без сцепления арматуру можно применять в преднапряженных конструкциях.

От чего зависит? От нескольких факторов, главные из которых: силы склеивания цементного камня с поверхностью металла, силы трения, вызванные усадкой бетона, и силы механического зацепления выступов арматуры за бетон (последние – у арматуры периодического профиля). Эти силы Т_сц препятствуют проскальзыванию арматуры относительно бетона и направлены в сторону, противоположную направлению смещения арматуры. Они являются реакцией противодействия и в сумме равны продольному усилию в стержне:  Т_сц = N_s. Очевидно, что сцепление лучше у арматуры периодического профиля и хуже у гладких стержней, особенно с промасленной, грязной или ржавой поверхностью. На практике пользуются не сосредоточенными силами Т_сц, а касательными напряжениями _сц = Т_сц /А_сц, где А_сц– площадь поверхности контакта арматуры и бетона.

Ч ем характеризуется? Характеризуется длиной зоны анкеровки l_an, т.е. такой длиной заделки арматуры в бетоне, которая обеспечивает полное использование прочности стали. Иначе говоря, если стержень заделан на величину lx > lan, то выдернуть его из бетона невозможно, он разорвется или потечет в другом месте при усилии Ns1 = RsAs; если на величину lx< lan, то он выдернется при усилии Ns2 = RsAs(lx / lan), недоиспользовав свою прочность. В последнем случае говорят, что стержень слабо заанкерен в бетоне. Чем лучше сцепление, тем выше _сц, тем меньше l_an. Эпюра _сц для простоты расчетов принимается прямоугольной, а эпюра N_s соответственно треугольной, хотя в действительности обе они криволинейны (пунктирные линии на рис.11). Длину зоны анкеровки определяют по эмпирической зависимости l_an = (_anR_s /R_b + _an)d, где _an и _an – коэффициенты, учитывающие профиль арматуры и характер усилий (сжатие или растяжение), d – диаметр стержня, R_s и R_b.– расчетные сопротивления арматуры и бетона. Задача конструктора состоит в том, чтобы обеспечить заделку арматуры по обе стороны опасного сечения на величину не менее l_an.

Почему величина l_an зависит от диаметра арматуры?

При увеличении диаметра вдвое площадь сечения увеличивается вчетверо; вчетверо (при той же прочности) увеличивается и усилие в стержне. Чтобы удержать этот стержень в бетоне от выдергивания, нужно вчетверо больше сил сцепления, в то время как периметр, а значит, и площадь контакта арматуры с бетоном возросли только вдвое. Следовательно, нужно еще вдвое увеличить площадь контакта, т.е. вдвое увеличить длину анкеровки.

В процессе эскизного конструирования при армировании наиболее распространенной сталью класса A-III можно пользоваться простыми зависимостями: для растянутой арматуры l_an= 40d, для сжатой l_an= 30d, для растянутых стыков внахлестку l_an= 50d, для сжатых стыков l_an= 35d.