6. Общие методические рекомендации по изучению курса

При изучении курса «Железобетонные конструкции» студентам следует использо­вать следующую литературу:

Основная

1. Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования// Курс лекций для студентов строительных специальностей. Под ред. проф. Т.М. Пецольда и проф. В.В. Тура.– Брест, БГТУ, 2002 – 466 с., с илл.

2. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. Учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1985. – 728с.

Дополнительная

3. СНБ 5.03.01–02. «Конструкции бетонные и железобетонные».– Мн.: Стройтехнорм, 2002 г. – 274 с.

4. ТКП EN 1992-1-1-2009 – «Проектирование железобетонных конструкций»

5. СНиП 2.07.01–85 «Нагрузки и воздействия».– Госстрой СССР.– М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.– 34 с.

6. ТУ РБ 04778771–001–93 «Сталь стержневая арматурная механически и термически упрочненная периодического профиля. Технические условия».

7. Карпенко Н.И. Теоретические и методические аспекты расчета железобетонных конструкций с учетом физической нелинейности// Российская архитектурно-строительная энциклопедия.– М.: 1998.– т. V.– 320 с.

8. Бондаренко В.М., Судницын А.И. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. пос. для вузов. – М.: Высшая школа, 1984. – 176с.

9. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учеб. Пособие для техникумов. –М.: Стройиздат, 1989. – 506с.

10. Залесов А.С., Кодыш Э.Н., Лемыш Л.Л., Никитин И.К. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям.– М.: Стройиздат, 1988.

11. Тур В.В., Кондратчик А.А. Расчет железобетонных конструкций при действии перерезывающих сил.– Брест: изд. БГТУ, 2000 – 400 с.

12. Тур В.В., Рак Н.А. Характеристики свойств бетона при расчете железобетонных конструкций.– Брест: изд. БГТУ, 2002

курс лекций

Раздел 1. Физико-механические свойства

материалов железобетона и основы метода

расчета конструкций по предельным состояниям

Лекция 1. СУЩНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА.

Исторический очерк и перспективы развития

железобетонных конструкций

Ежегодный объем производства и применение бетона и железобетона в мировой практике строительства намного опережает другие виды материалов. Благодаря высоким физико-механическим свойствам, доступности исходных материалов, включая отходы других отраслей промышленности, экологической нейтральности по отношению к окружающей среде, низкой энергоемкости железобетон надолго сохранит свою лидирующую роль среди других материалов и конструкций. В обозримой перспективе изделия из железобетона останутся основными, прогрессивными и непрерывно развивающимися конструктивными элементами строительства различных объектов. Одно из важнейших достоинств предварительно напряженных железобетонных конструкций – возможность применения высокопрочных сортов арматурной стали. Однако экономическая эффективность за счет снижения материалоемкости конструкций может быть обеспечена лишь при условии рационального использования высоких механических свойств применяемой арматуры как из стального проката, так и из более прочных материалов.

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной работы в конструкции бетона и стальных стержней.

Эффективность железобетона объясняется следующими его свойствами:

• благодаря хорошему сцеплению арматуры с бетоном, обеспечиваются совместные деформации до определенного уровня напряжений;

• близкие коэффициенты температурного линейного расширения (для стали, приблизительно =1,2×10^-5 град^-1, а для бетона в пределах от =0,7×10^-5 град^-1 до =1,0×10^-5 град^-1 в зависимости от вида бетона);

• бетон надежно защищает арматуру от воздействия агрессивных сред, предохраняет от воз­действия огня при пожаре.

Недостатки железобетонных конструкций:

• большой собственный вес

• раннее образование трещин в растянутой зоне сечения

В момент образования трещин нагрузка на балку составляет всего 15..20 % от предельной. В сечениях с трещиной бетон выключается из работы, а растягивающие усилия воспринимает арматура (рис. 1.1). Стремление уменьшить влияние раннего образования трещин, привело к созданию предварительно напряженных железобетонных конструкций (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Характер образования трещин и разрушения бетонной (а) и железобетонной (б) балок

Предварительное напряжение в 2..3 раза повышает трещиностойкость и жесткость конструкций по сравнению с обычным железобетоном. При этом прочность предварительно напряженных конструкций практически не зависит от величины предварительного напряжения арматуры.

Характер распределения предварительного напряжения в бетоне элементов зави­сит от геометрии сечения элементов, положения в их сечении напрягаемой арматуры, степени ее предварительного на­пряжения, физико-механических свойств бетонa и.

Способы создания предварительного напряжения:

• натяжение на упоры

• натяжение на бетон

• применение напрягающего бетона

Рис. 1.2. Предварительно напряженная балка при натяжении арматуры на упоры (а), возможные эпюры напряжения в бетоне после отпуска напрягаемой арматуры (б) и в стадии разрушения (в)

Таблица 1.1

Ориентировочное сравнение свойств обычных железобетонных и предварительно напряженных конструкций

Свойство	Обычная железобетонная конструкция	Предварительно напряженная конструкция
Прочность бетона fc, МПа	от 15 до 40	от 40 до 100 и более
Вид стали	Низкоуглеродистая	высокоуглеродистая
Прочность арматурной стали fsy (fpy), МПа	от 190 до 500	от 800 до 1800
Собственный вес конструкции (расход бетона)	100 %	40..70 %
Рабочее армирование (расход арматуры)	100 %	30..50 %
Трещиностойкость	допускается образование и развитие трещин, остаются при эксплуатации	полное отсутствие трещин, либо ограниченное их раскрытие, возможность зажатия при снижении нагрузки
Огнестойкость	очень хорошая или хорошая	хорошая
Сопротивление действию циклических нагружений	хорошее до образования трещин	хорошее
Пролет балок, м	до 30	до 300

Технологические особенности изготовления железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции могут быть:

• сборными

• монолитными

• сборно-монолитными

Основные этапы развития железобетона

По влиянию на развитие мировой цивилизации изобретение железобетона смело можно поставить в один ряд с открытием электричества или появлением авиации.

• 1850 г. - Ламбо построил лодку из цементного раствора армированную железом, которая демонстрировалась на Всемирной выставке в Париже в 1855 году.

• В 1861 г. парижский садовник Ж. Монье начал изготавливать переносные кадки для цветов, а в 1867 г. получил патент на армированные бетонные плиты.

• В семидесятых–восьмидесятых годах в разных странах был внесен ряд предложении по армированию железобетонных плит.

• 1892 г. - француз Ф. Геннебик запатентовал конструктивную систему каркасного здания с ребристым железобетонным перекрытием (плиты, балки, колонны и фунда­менты) которая легла в основу всех дальнейших разработок в этом направлении.

• конец XIX столетия - сформулированы и закреплены в первых нормативных документах основные предпосылки практического метода расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям.

• 1939 г. - впервые в мировой практике теория расчета железобетонных конструкций по стадии разрушения предложенная проф. А.Ф. Лолейтом в 1932 г. блестяще доведена до практического применения А.А. Гвоздевым, Я.В. Столяровым, В.И. Мурашовым, В.В. Михайловым, П.Л. Пастернаком, В.А. Бушковым и др.

• 1886 г. Мандель (Австрия) и П.Г. Джексон (США), а в 1888 г., К. Деринг (Германия) получили патенты на предварительное напряжение арматуры, которые были основаны на понятии, что бетон хорошо работает на сжатие и плохо – на растяжение

• 30-х годах XX столетия - широкое практическое применение предварительно напряженных конструкций (благодаря работам Э. Фрейсине (Франция) и В.В. Михайлова (СССР)) когда металлургическая промышленность освоила производство высокопрочных сталей.

• 1935 г. - Р.Э. Дилл (США) создал конструкции с натяжением высокопрочной стальной арматуры с ее анкеровкой с помощью гаек (рис. 1.3).

Этот период, когда началось промышленное освоение производства предварительно напряженного железобетона, когда теоретический уровень расчета железобетонных конструкций был достаточно высоким, благодаря работам А.Ф. Лолейта, А.А. Гвоздева, П.Л. Пастернака и др., можно считать началом второго этапа развития железобетона.

Переход к расчету железобетонных конструкций по предельным состоя­ниям, массовое применение сборного обычного и предварительно напряженного желе­зобетона высокой степени унификации и типизации, монолитных и сборно-монолитных конструкций можно считать третьим этапом в развитии теории и практики железобетона.

Рис. 1.3. Иллюстрация к первому патенту, относящемуся к предварительному напряжению конструкции

Перспективы развития бетонных и железобетонных конструкций

Приоритетные направления развития и применения железобетона на современном этапе:

–  разработка высокопрочных, быстротвердеющих легких и коррозионностойких бетонов с применением химических добавок; особая роль здесь отводится напрягающим бетонам;

–  разработка новых видов сборных, сборно-монолитных и монолитных железобетонных конструкций с высокой унификацией изделий и создание прогрессивных конструктивных систем зданий и сооружений на их основе;

–   создание новых типов стальной и неметаллической арматуры;

–   создание прогрессивных, высокомеханизированных и автоматизированных технологий бетонных и арматурных работ, внедрение безопалубочного формования массовых предварительно напряженных конструкций на длинных стендах с минимальным расходом энергоносителей и использованием высокопрочной арматурной стали и высокопрочных бетонов;

–   совершенствование опалубок и технологии возведения монолитного железобетона;

–   повышение долговечности и надежности бетонных и железобетонных конструкций;

–    совершенствование методов контроля качества бетона и арматуры, методов обследования и усиления конструкций зданий и сооружений;

–    совершенствование на базе новых экспериментальных исследований теории расчета и конструирования железобетонных конструкций, в том числе с использовани­ем современного программного обеспечения расчетов на ЭВМ.