Введение
Сборные железобетонные изделия — относительно новый вид конструктивных элементов зданий и сооружений. Начало практического применения их относят к концу прошлого столетия. В конце двадцатых и в начале тридцатых годов текущего столетия появляются первые здания, в основной своей части выполненные из сборных железобетонных изделий. Однако широкому и всестороннему применению сборного железобетона в то время препятствовал низкий уровень механизации строительства, отсутствие мощных монтажных кранов и оборудования для производства железобетонных изделий. Исключительно большую роль в организации массового выпуска сборных железобетонных изделий сыграло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 19 августа 1954 г. "О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства". За прошедшие после этого постановления годы в нашей стране создана самая крупная в мире индустриальная промышленность сборного железобетона. Если в 1954 г. было выпущено около 2 млн. м3 сборных железобетонных изделий, то в 1970 г. общий выпуск сборного железобетона составил около 84 млн. м3. Наряду с увеличением выпуска, расширяется номенклатура железобетонных изделий, увеличиваются их размеры. Накоплен некоторый опыт строительства зданий из объемных элементов.
Основными факторами, обеспечивающими столь быстрый подъем производства сборного железобетона в Советском Союзе, являются следующие:
применение крупноразмерных железобетонных элементов позволяет основную часть работ по сооружению зданий перенести со строительной площадки на завод с высокоорганизованным технологическим процессом производства изделий, что, в конечном итоге, дает определенный технико-экономический эффект;
универсальность свойств железобетонных изделий. Путем определенных технологических приемов изготовления и выбора материалов железобетонные изделия могут быть получены с различными механическими и физическими свойствами — высокопрочные, водонепроницаемые, жаростойкие, с низкой теплопроводностью и т. д.;
долговечность железобетона;
возможность в ряде конструкций в 2—4 раза сократить расход стали в строительстве. Это важнейшее преимущество железобетона имеет огромное народнохозяйственное значение.
Наряду с достоинствами железобетонные конструкции обладают и недостатками — они имеют значительный вес. Это в первую очередь относится к крупноразмерным элементам покрытий больших пролетов (фермы пролетом 24 л и более, настилы длиной более 6 м и др.)- Высокой все еще остается себестоимость изделий на заводах сборного железобетона, а также значительны транспортные расходы. Все это снижает общую технико-экономическую эффективность строительства из сборных железобетонных изделий.
Общие сведения о железобетоне
Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и стали.
Идея сочетания в железобетоне этих двух крайне отличающихся механическими свойствами материалов базируются на следующем. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но слабо противодействует растягивающим напряжениям: прочность бетона при растяжении примерно в 10—15 раз меньше прочности при сжатии. В результате этого бетон невыгодно использовать для изготовления конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе. Наиболее выгодно применять железобетон для строительных элементов, подверженных изгибу. При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения—-растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает первые, а бетон — вторые напряжения и железобетонный элемент в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом, сочетается работа бетона и стали в одном материале — железобетоне.
Возможность совместной работы в железобетоне двух резко различных по своим свойствам материалов определяется следующими важнейшими факторами:
бетон прочно сцепляется со стальной арматурой, вследствие чего при возникновении напряжений в железобетонной конструкции оба материала работают совместно;
сталь и бетон обладают почти одинаковым коэффициентом температурного расширения, что обеспечивает полную монолитность железобетона:
бетон не только не оказывает разрушающего влияния на заключенную в нем сталь, но предохраняет ее от коррозии.
В зависимости от способа армирования и состояния арматуры- различают железобетонные изделия с обычным армированием и с предварительно напряженной арматурой.
К обыкновенно армированным железобетонным изделиям относятся такие, усиление прочности которых достигается путем укладки стальных стержней, сеток или каркасов при изготовлении изделий. Однако такой способ армирования не предохраняет полностью изделия, работающие на изгиб, от образования трещин в бетоне в растянутой зоне,1 так как бетон обладает незначительной растяжимостью (1—2 мм на 1 м длины), тогда как сталь при таких же нагрузках растягивается в 5—6 раз больше бетона. Появление трещин отрицательно влияет на работу железобетонного элемента: увеличиваются прогибы, в трещины проникают влага и газы, что создает опасность коррозии стальной арматуры.
Избежать образования трещин в железобетонной конструкции можно предварительным сжатием бетона в местах, подверженных растяжению. В таком бетоне трещины появляются только в том случае, если растягивающие напряжения превзойдут напряжения предварительного сжатия. Сжатие бетона достигается предварительным напряжением (растяжением) арматуры. По способу изготовления различают два вида предварительно напряженных конструкций: первый - предварительное напряжение арматуры производится до затвердения бетона, второй - после приобретения бетоном определенной прочности.
Если напрягать арматуру до бетонирования, то уложенная в форму арматура с одного конца закрепляется к упору, а с другого натягивается специальным приспособлением. После заполнения формы бетонной смесью и затвердения бетона арматура освобождается от натяжения. Стремясь прийти в первоначальное ненапряженное состояние, она сокращается и увлекает за собой окружающий ее бетон, обжимая железобетонный элемент в целом. Если же арматуру напрягают после отвердения бетона, то ее располагают в специально оставленном в бетоне канале. После затвердения бетона арматуру натягивают и закрепляют на концах конструкций анкерными устройствами, затем заполняют канал бетоном, который после затвердения сцепляется с арматурой.
Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление трещин в растянутом бетоне, но и позволяет снизить вес железобетонных конструкций, увеличить их жесткость, повысить долговечность и сократить расход арматуры. Поэтому дальнейшее развитие строительной техники направлено на значительное увеличение выпуска предварительно напряженных железобетонных конструкций.