Железобетонные конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ



Содержание

1. Общие сведения о бетонных и железобетонных конструкциях

1.1 Основные сведения о бетоне

1.2 Основные сведения о железобетоне

2. Виды бетонных и железобетонных конструкций

3. Особенности железобетонной конструкции

4. Расчёт элементов железобетонных конструкций

4.1 Расчет изгибаемых элементов

4.2 Расчёт сжатых и растянутых элементов

Литература



1. Общие сведения о бетонных и железобетонных конструкциях

1.1 Основные сведения о бетоне

Бетон - искусственный материал, созданный для нужд строительства и получаемый в результате отвердения специально подобранной смеси вяжущего вещества, крупного и мелкого заполнителей и воды. Вода вступает в химическую реакцию с вяжущим, образуя новую структуру - так называемый цементный камень, который связывает в единую массу инертней материалы - гравий или щебень и песок. В результате получается новый материал, отличающийся своими свойствами от составляющих его компонентов. Бетон должен обладать необходимой прочностью (в том числе прочностью сцепления с арматурой) и плотностью (непроницаемостью).

Прочность бетона. При осевом сжатии бетонного образца возникают деформации в продольном и поперечном направлениях. В местах концентрации напряжений, обусловленной неоднородностью материала, появляются микротрещины, которые по мере увеличения нагрузки соединяются и образуют видимые трещины, направленные параллельно сжимающей силе. Разрушение образца наступает вследствие нарушения сплошности бетона в поперечном направлении. Прочность зависит от целого ряда факторов, к главным из которых относятся: вид напряженного состояния, условия и время отвердения, формы и размеры образца, длительность приложения нагрузки Прочность нарастает с течением времени. Это связано с постепенным переходом геля в кристаллическое состояние. Наиболее интенсивно прочность бетона увеличивается в первые дни отвердения, для портландцемента обычно принимается 28 суток. В дальнейшем нарастание прочности замедляется, но продолжается в течение многих лет и даже десятилетий. Прочность достигает набольших значений быстрее, если имеют благоприятные условия - повышенная температура и влажность среды. В зависимости от вида напряженного состояния, возникающего при различных силовых воздействиях, вводится несколько прочностных характеристик бетона.

Кубиковая прочность R. Под кубиковой прочностью понимают временное сопротивление сжатию бетонных кубов. Бетонные кубики разрушаются от бокового расширения. Однако между образцом и плитой пресса возникают значительные силы трения, которые не дают образцу расшириться в поперечном направлении- возникает так называемый эффект обоймы. Это приводит к тому, что бетонный куб разрушается по характерной форме.

Призменная прочность R_b. Влияние сил трения на прочность бетонного образца практически не сказывается, если он имеет форму призмы с отношением высоты к размеру основания более 3: 1. Испытание призмы позволяет прямо определить призменную прочность бетона или ее можно вычислить по эмпирической формуле

где j_b - коэффициент, равный 0,72…0,75. Призменная прочность бетона - основная прочностная характеристика, применяемая при расчете железобетонных конструкций, ее значение приводится в нормах.

Прочность бетона на растяжение R_bt - вторая основная прочностная характеристика бетона, значения которой приводится в СниПе. Прочность на растяжение обладает большей изменчивостью по сравнению с призменной прочностью. Существует несколько способов определения R_bt: испытание на растяжение специальных образцов, раздавливание бетонных цилиндров и изгиб бетонных балочек. Прочность бетона на растяжение может быть также определена по кубиковой прочности бетона по опытным формулам.

Прочность бетона на срез и с скалывание R_sh - является характеристикой, которая не приводится в СниПе. Обычно эту характеристику определяют по эмпирическим формулам или по испытаниям бетонных образцов на скалывание. Прочность на местное сжатие (снятие) R_b,loc - повышается вследствие влияния окружающего незагруженного бетона, который создает «эффект обоймы». Величина R_b,loc зависит от отношения площади смятая А_loc,2 ко всей площади А_loc,1.

Длительная прочность бетона уменьшается по сравнению с прочностью при кратковременных воздействиях. Это связано с изменением структуры бетона и развитием пластических деформаций в нем. При длительном загружении кубиковая прочность бетона уменьшается на 15…20%. С другой стороны, при загружении бетонных образцов быстро, что соответствует приложению нагрузки в реальных конструкциях, например, от ветра, удара, взрыва, прочность бетона возрастает на 10…20%.

Прочность бетона при повторных нагрузках - необходимо знать, когда рассчитываются конструкции, подвергающиеся попеременно циклу загружения - разгрузки, например шпалы или подкрановые балки. В результате изменений в неоднородной структуре бетона, накопления пластических деформаций и образования микротрещин прочность бетона на сжатие снижается на 15…50%. Уменьшение прочности зависит прежде всего от отношения напряжений в нем во время нагрузки и напряжений в момент разгрузки, а также от количества циклов.

Деформации бетона. При однократном загружении бетонного образца сжимающей нагрузкой диаграмма напряжения - деформации имеет криволинейный характер, деформации в бетоне растут быстрее напряжений. В бетоне под действием нагрузки одновременно с упругими развиваются также неупругие деформации, обусловленные ползучестью бетона, т.е. его способностью деформироваться во времени даже при неизменной нагрузке. Опыты показали, что причиной отклонения диаграммы напряжения - деформации для бетона от прямолинейной зависимости Гука является фактор времени.

Проектные марки бетона. Характеристики качества бетона, задаваемые при проектировании конструкций, называются проектными марками бетона. Марки бетона установлены: по прочности на сжатие; по прочности на осевое растяжение; по морозостойкости; по водонепроницаемости.

Одна из основных характеристик бетона - проектная марка бетона по прочности на сжатие - представляет собой предел прочности бетонных кубиков размером 150х150х150мм, изготовленных из рабочего состава бетона и испытанных через 28 сут нормального твердения при температуре воздуха 20 и относительной влажности среды не ниже 95%. Методы определения прочности бетона на сжатие и растяжение, требования к размерам образцов, скорости загружения и другим условиям испытания приводятся в ГОСТ е.

Для бетона гидротехнических монолитных массивных сооружений при определении марки бетона образцы испытывают через 180 дней нормального твердения; для бетона сборных изделий - в сроки, установленные соответствующими стандартами и техническими условиями.

Еще одним недостатком бетона и конструкций из него является их малая прочность на растяжение, что приводит к раннему возникновению трещин, нередко еще до приложения эксплутационных нагрузок. Эти трещины снижают жесткость железобетонных конструкций и могут привести к коррозии арматуры.

Классификация бетонов. Бетоны подразделяются по структуре, плотности, виду вяжущего и заполнителя, зерновому составу заполнителя, условиям твердения и др.

1. По структуре бетоны бывают: плотные, у которых пространство между зернами заполнителя (крупного или мелкого) занято затвердевшим вяжущим. Эти бетоны используют для несущих и ограждающих конструкций, а также для конструкций, к которым предъявляют требования повышенной водонепроницаемости и морозостойкости; крупнопористые (мало песчаные и бес песчаные), у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью занято мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим. Такие бетоны следует использовать только для конструкций, воспринимающих сжимающие усилия.

2. По плотности бетоны подразделяют на: особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/м³, которые используют в конструкциях для защиты от излучений; тяжелые с плотностью более 2200 и до 2500 кг/м³, применяемые во всех несущих конструкциях; облегченные с плотностью более 1800 и до 2200 кг/м³, используемые преимущественно в несущих конструкциях; легкие с плотностью более 500 и до 1800 кг/м³ работают преимущественно в ограждающих конструкциях (при плотности до 1600 кг/м³) и несущих конструкциях (при плотности более 1200 кг/м³); особо легкие с плотностью до 500 кг/м³, которые используют в качестве изоляции.

3. По виду вяжущего бетоны бывают: цементные, применяемые во всех конструкциях; силикатных (на известковом вяжущем), используемые только для сборных конструкций; гипсовые (гипсобетон) предназначаются для внутренних ограждающих конструкций; на специальных вяжущих (органических и неорганических, например полимербетон) используют при наличии особых требований по жаростойкости, химической стойкости и др.

4. По виду заполнителя бетоны различают: на плотных заполнителях (для тяжелых бетонов); на простых заполнителях (для легких и облегченных бетонов); на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованием - защите от излучения, химической стойкости и др.

5. По зерновому составу заполнителя бетоны могут быть крупнозернистые (с крупным и мелким заполнителем), мелкозернистые (только с мелким заполнителем) и применяется для заполнения швов, защиты от коррозии закладных деталей и т. д.

По условиям твердения бетон может быть: естественного твердения (для монолитных конструкций в летних условиях твердения); подвергшийся тепловой обработке при атмосферном давлении (при заводском изготовлении конструкций, а также при зимнем изготовлении монолитных конструкций); подвергшийся автоклавной обработке (для конструкций из силикатных, ячеистых и мелкозернистых бетонов при заводской технологии).

Из приведенной классификации видно, что разнообразие бетонов огромно. Более того, использование новых (искусственных и естественных) заполнителей и вяжущих, удовлетворяющих специальным требованиям, позволяет создавать конструкции, работающие в особых условиях повышенных температур, водонасыщения, кислотных воздействий, повышенной радиации и низких температур, подвергающихся ударным, вибрационным и другим воздействиям.

Использование в бетонах в качестве заполнителей и добавок к вяжущему отходов ряда производств, в частности металлургического, золы, помимо экономического эффекта имеет несомненно важное экологическое значение. железобетонный конструкция бетон бетонный

Нормируемые показатели бетона. При проектировании железобетонных конструкций в зависимости от условий их эксплуатации и назначения нормами устанавливаются следующие показатели бетона.

Классом бетона по прочности на осевое сжатие называется 95% - ная гарантированная прочность кубов (в МПа) с размером сторон 15 см, изготовленных и испытанных в определяемых ГОСТом условиях в возрасте 28 суток.

Обычный тяжелый бетон имеет классы: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В30; В35; В45; В45; В50; В55; В60. Для мелкозернистых, легких, ячеистых, порисованных бетонов нормами устанавливаются другие классы на сжатье. В СниПе для каждого класса бетона по прочности на сжатие приводятся нормативные и расчетные характеристики материала - призменная прочность и прочность на растяжение, а также модуль деформации бетона.

Класс бетона по прочности на осевое растяжение В_t назначается в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве. Класс бетона на растяжение устанавливается, например, для железобетонных резервуаров, напорных труб и подобных конструкций. Тяжелый бетон имеет класс на растяжение В_t 0,8;

В_t 1,2; В_t 1,6; В_t 2. Другие виды бетонов имеют иные классы на растяжение.

1.2 Основные сведения о железобетоне

Железобетон это сочетание двух материалов - бетона и стальной арматуры, работающих совместно благодаря сцеплению, возникающему между ними. Бетон хорошо сопротивляется сжатию, а арматура обладает значительной прочностью на растяжение. Основные достоинства железобетона - высокая прочность, долговечность, простота формообразования. Хорошей совместной работе бетона и арматуры способствует сочетание трёх физических факторов: надёжного сцепления бетона с арматурой.

Принято считать, что начало применения железобетона связано с именем парижского садовника Железобетон Монье, получившего ряд патентов на изобретения железобетона. во Франции и в др. странах; первый его патент на цветочную кадку из проволочной сетки, покрытой цементным раствором, относится к 1867. Фактически конструкции из бетона со стальной арматурой возводились и раньше. Заметную роль в строительной технике России, Западной Европы и Америки железобетон начал играть лишь в конце 19 в. В начале 20 в. вопросы технологии бетона, бетонных и железобетонных работ, проектирования сооружений с применением железобетонных конструкций и изделий. разрабатывали видные русские учёные - профессора И. Г. Малюга, Н. А. Житкевич, С. И. Дружинин, Н. К. Лахтин. Появились оригинальные конструкции, предложенные инженерами Н. М. Абрамовым, А. ф. Лолейтом и многими другими.

Дальнейшее совершенствование железобетона, расширение областей его применения связаны с проведением широкого круга научно-исследовательских работ, в том числе учеными Узбекистана, Предусматривается значительное повышение технического уровня железобетонных конструкций и изделий за счёт уменьшения его объёмной массы, учет влияния жаркого климата,использования высокопрочных бетонов и арматуры, развития методов расчёта железобетонных конструкций и изделий при сложных внешних воздействиях, повышения сейсмостойкости, долговечности железобетонных конструкций, изделий при воздействии коррозионной среды и путем определения оптимальных параметров и повышения надежности конструкций и др.

Бетон, как и другие каменные материалы, обладает значительным сопротивлением, сжимающим напряжением, и весьма малым сопротивлением растяжению. Прочность бетона на растяжение в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. В связи с этим бетонные (неармированные) конструкции, предназначенные для работы на изгиб или растяжение, были бы очень массивными, нерентабельными и практически неприемлемыми.

Сталь отлично работает и на сжатие, и на растяжение. Отсюда и появилась идея создания железобетона, в котором сжимающие напряжения воспринимаются бетоном, а растягивающие - стальной арматурой. В изгибаемых железобетонных элементах рабочую арматуру размещают обычно в растянутой зоне в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.

Конструкции армируют не только при работе их на растяжение и изгиб, но также и при кручении, срезе, внецентренном и осевом сжатии. В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьшения размеров сечений элементов и снижения собственной массы конструкций, а также для обеспечения большей их надежности. Разрушение бетонных (неармированных) элементов происходит внезапно (хрупко), в то время как разрушение железобетонных элементов наступает постепенно, что позволяет снизить запас прочности



2. Виды бетонных и железобетонных конструкций

По методу выполнения железобетонные конструкции могут быть сборными, монолитными и сбор но - монолитными.

Сборные железобетонные конструкции больше распространены, так как их применение дает возможность индустриализации и максимальной механизации строительства. При изготовлении сборных конструкций в заводских условиях можно широко применять наиболее прогрессивную технологию приготовления укладки и обработки бетонной смеси, автоматизировать производство, значительно упростить строительные работы. Применение сборных унифицированных железобетонных изделий заводского изготовления позволяет значительно снизить расход лесоматериалов и затраты труда на дорогостоящие опалубок и леса, но требует тяжелых транспортных и подъемных механизмов, тщательного выполнения стыков и узлов сопряжении элементов, высокой культуры монтажных работ.

Как явствует, железобетонные конструкции по способу выполнения могут быть сборными (из элементов заводского или полигонного изготовления) и монолитными, возводимыми непосредственно на месте строительства; существуют также сборно-монолитные конструкции, собираемые из элементов с заполнением отдельных участков монолитным бетоном на месте строительства.

Железобетон неоднородная по составу семейства материалов, монолитно соединённая и совместно работающая конструкция. Термин "Ж." нередко употребляется как собирательное название железобетонных конструкций и изделий. Идея сочетания в железобетон двух крайне различающихся своими свойствами материалов основана на том, что прочность бетона при растяжении значительно (в 10-20 раз) меньше, чем при сжатии, поэтому в железобетонной конструкции он предназначается для восприятия сжимающих усилий; сталь же, обладающая высоким временным сопротивлением при растяжении и вводимая в бетон в виде арматуры (см. Арматурная сталь), используется главным образом для восприятия растягивающих усилий.

Основа взаимодействия бетона и арматуры - наличие сцепления между ними. Значение сцепления или сопротивления сдвигу арматуры в бетоне зависит от следующих факторов: механического зацепления в бетоне специальных выступов или неровностей арматуры, сил трения от обжатия арматуры бетоном в результате его усадки (уменьшения в объёме при твердении на воздухе) и сил молекулярного взаимодействия (склеивания) арматуры с бетоном; определяющим является фактор механического зацепления. Применение арматуры периодического профиля, сварных каркасов и сеток, устройство крюков и анкеров увеличивают сцепление арматуры с бетоном и улучшают их совместную работу.

Нарушение структуры и заметное снижение прочности бетона наступает при температуре свыше 60°С; при кратковременном воздействии температуры в 200°С прочность бетона снижается на 30%, а при длительном - на 40%. температура в 500-600°С является для обычного бетона критической, при которой он разрушается в результате обезвоживания и разрыва скелета цементного камня. Поэтому обычный железобетон рекомендуется применять при температуре не выше 200°С. В тепловых агрегатах, работающих при температурах до 1700°С, используется жаростойкий бетон. Для предохранения арматуры от коррозии и быстрого нагревания (например, при пожаре), а также надёжного её сцепления с бетоном в железобетонных конструкциях предусматривается устройство защитного слоя бетона толщиной от 10 до 30 мм; в агрессивной среде толщина защитного слоя увеличивается.

Большое значение для железобетонных конструкций и изделий. имеют усадка и ползучесть бетона. В результате сцепления арматура препятствует свободной усадке бетона, что приводит к возникновению начальных напряжений растяжения в бетоне и сжимающих напряжений в арматуре. Ползучесть бетона вызывает перераспределение усилий в статически неопределимых системах, увеличение прогибов в изгибаемых элементах, перераспределения напряжении между бетоном и арматурой в сжатых элементах и т. д. Эти свойства бетона учитываются при проектировании железобетонных конструкций. Усадка и низкая предельная растяжимость бетона (0,15 мм на 1 м) приводят к неизбежному появлению трещин в растянутой зоне конструкций при эксплуатационных нагрузках. Практика показывает, что при нормальных условиях эксплуатации трещины шириной раскрытия до 0,3 мм не снижают несущей способности и долговечности железобетона.

Однако низкая трещеностойкость ограничивает возможности дальнейшего совершенствования железобетона и, в частности, использования для арматуры более экономичных высокопрочных сталей. Избежать образования трещин в железобетоне можно методом предварительного напряжения, при котором бетон в растянутых зонах конструкции подвергается искусственному обжатию за счёт предварительного (механического или электротермического) растяжения арматуры. Существенный недостаток железобетон. - большая объёмная масса - в значительной мере устраняется при использовании лёгких бетонов (на искусственных и природных пористых заполнителях) и ячеистых бетонов.

Широкое распространение железобетона в современном строительстве обусловлено его большими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с др. материалами. Сооружения из. Железобетон огнестойки и долговечны, не требуют специальных защитных мер от разрушающих атмосферных воздействий; прочность бетона со временем увеличивается, а арматура не поддаётся коррозии, будучи защищенной окружающим её бетоном. железобетон обладает высокой несущей способностью, хорошо воспринимает статические и динамические (в т. ч. сейсмические) нагрузки. Из железобетона относительно легко создавать сооружения и конструкции самых разнообразных форм, достигающих большой архитектурной выразительности. Основной объём железобетона составляют повсеместно распространённые материалы - щебень, гравий, песок.

Для железобетонных конструкций предусматриваются следующие классы и марки бетона. Классы и прочности на сжатие:

Для тяжёлых (обычных) бетонов - В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В45; В50; В55; В60;

Для мелкозернистых бетонов: вида А (на песке с модулем крупности 2,1 и более) - В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40. Вида Б (на песке с модулем крупности менее 2,1) - В7,5; В10; В12,5; В20; В25; В30. Вида В (на песке с модулем крупности не менее 1, подвергнутые автоклавной обработке) - В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

Для лёгких бетонов - В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40;

Классы прочности на осевое растяжение: для всех бетонов - В_t0,8; В_t1,2; В_t1,6; В_t2; В_t2,4; В_t2,8; В_t3,2;

Монолитные железобетонные конструкции широко применяют в сооружениях, трудно поддающихся членению и унификации, например в некоторых гидротехнических сооружениях, тяжелых фундаментах, плавательных бассейнах, в сооружениях, выполняемых в передвижной или скользящей опалубке (оболочки покрытий, силосы и.тп.).

Сборно -монолитные железобетонные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладываемого на месте строительства. Обычно сборные элементы образуют опалубку для монолитного бетона, что ведет к уменьшению расхода леса на опалубку. Сборно - монолитные конструкции по сравнению со сборными отличаются большей монолитностью и более простым устройством стыков. Сборно - монолитный железобетон применяется в конструкциях покрытий зданий, в гидротехническом и транспортном строительстве и особенно, если сооружению необходимо придать неразрезность и жесткость.

Особая разновидность железобетона - армоцемент. Армоцементные конструкции - тонкостенные конструкции из мелкозернистого бетона, армированные по всей толщине сетками из тонкой стальной проволоки. Армоцемент отличается хорошей сопротивляемостью растяжению и изгибу, высокой трещиностойкостью, упругостью и др.

Ячеистый железобетон изготовляют из газо- или пенобетона. Прочность их достигает 15 МПа. Ячеистый железобетон при низкой прочности бетона применяют для ограждающих конструкций, а при прочности выше 10 МПа - для панелей стен, междуэтажных перекрытий и др.

Армосиликатобетонные конструкции автоклавного твердения изготовляют из плотного бетона известка - песчаном вяжущем, что позволяет экономить более дорогой клинкерный цемент. Прочность силикатных бетонов достигает 30-40 МПа.

Жаростойкий железобетон получают на основе жаростойкого бетона с применением термически стойких заполнителей и специальных вяжущих. Его используют в фундаментах при строительстве доменных и мартеновских печей, в дымовых трубах и других сооружениях, подверженных действию высоких температур.

Кроме перечисленных в последние годы в строительстве применяют армопластбетонные конструкции, изготовляемые из бетона на основе полимерных вяжущих. Армопластбетон отличается высокой химической стойкостью и используется преимущественно в сооружениях, подвергающихся воздействию агрессивных сред.

Из всех видов железобетона наиболее распространен в строительстве тяжелый железобетон с гибкой стальной арматурой. Быстро развивается производство сборного предварительно напряженного железобетона.

Предварительно напряжённый железобетон. Кроме обычных железобетонных конструкций существуют также предварительно напряженные. Предварительное напряжение позволяет эффективно использовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невозможно в обычном железобетоне. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях арматура подвергается предварительному растяжению, а бетон - обжатую. Это достигается одним из двух основных способов. Предварительное напряжение железобетонных конструкций значительно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех частях, которые при эксплутационной нагрузке работают на растяжение.



3. Особенности железобетонной конструкции

Достоинства и недостатки бетона как строительного материала. Широкое применение бетона и железобетона в современном строительстве (рис 1.)

Рис 1 Железабетонная конструкция в промышленном зданий. 1-балка, 2-фонар, 3-плиты покрытия, 4-подкрановые конструкции, 5-стойки

обусловлено такими их достоинствами, как: экономия дорогостоющей и дефицитной стали; долговечность ввиду коррозионной стойкости и высокой сопротивляемости атмосферным воздействиям; относительная дешевизна благодаря использованию широко распространенных (Рис-2) в природе материалов песка, щебня, известняка; увеличение прочности во времени при соответствии эксплутационных расходов, связанных с окраской в целях защиты от коррозии; высокая огнестойкость; значительная радиационная стойкость; возможность совмещения несущих и изолирующих функций; легкая формируемость и возможность придания любых архитектурных форм.



рис. 2 Стык железобетонных ригелей и стойки 1- колонна; 2- ригель; 3- стальная пластинка =12 мм; 4- гайка; 5- шайба; 6- анкеры; 7 - торцевая стальная плита = 8 мм 8 - столик (неподвижная опора); 9- каток (подвижная опора); 10- анкеры, выпущенные из колонны

К недостатками бетона и железобетона следует отнести прежде всего высокую плотность материала, применяемого для несущих конструкций, а также звуко - и тепло проводимость. По этим параметрам бетона и железобетон уступают древесине и кирпичной кладке. Кроме того, железобетонные, конструкции обладают меньшей индустриальностью по сравнению с металлическими и требуют более сложного технологического оборудования при их изготовлении.

Арматура. Арматура устанавливается в железобетонных конструкциях в первую очередь для восприятия растягивающих усилий, так как бетон плохо сопротивляется растяжению. Арматуру можно также использовать, когда необходимо усилить сжатие конструкции, потому что прочность арматуры на сжатие значительно больше, чем у бетона. Как правило, в качестве арматуры используется сталь, однако в ряде случаев может быть целесообразным использование неметаллической арматуры, которая дороже стали, но обладает рядом ценных качеств, например коррозионной и химической стойкостью.

Виды арматуры (рис 3.). По способу изготовления арматура бывает горячекатаной, холоднотянутой и термически упроченной, по виду поверхности - гладкой и периодического профиля (6 рис). Наличие на поверхности арматуры ребер, вмятин значительно улучшает сцепление арматуры с бетоном, обеспечивая тем самым их совместную работу.

рис. 3 Виды арматуры по назначению и расположению: А- в балке; б- в колонне; 1- рабочая продольная; 2- конструктивная соединительная; 3- рабочая поперечная; 4 - конструктивная продольная; 5 - конструктивная поперечная

По назначению арматура бывает рабочей, пощады сечения которой определяется по расчету и которая призвана воспринимать усилия, возникающие в конструкции, и конструктивная, которая применяется из конструктивных и технологических соображений. По способу применения арматуру подразделяют на обычную (ненапрягаемую) и напрягаемую (преднапряженную). По расположению в армируемом элементе рабочая и конструктивная арматура может быть продольной и поперечной, внутренней и внешней. По характеру работы в составе конструкции арматуру делят на гибкую (стержневую, проволочную, канатную) и жесткую (несущую) из труб и прокатных стальных профилей - двутавров, уголков, швеллеров.

Физико - механические свойства арматуры зависят от химического состава стали, из которой сделана арматура, способа изготовления и обработки. Повышение прочности стали достигается увеличением количества углерода, а также введением различных легирующих добавок - марганца, хрома, кремния и др. Однако многие легирующие добавки, повышая прочность стали, одновременно снижают ее деформативность, свариваемость и другие полезные свойства, повышают стоимость.

Используются еще два пути повышения прочности стали без изменения ее химического состава - термическое и механическое упрочнение.

При термическом упрочнении осуществляется закалка арматурной стали (нагрев до 800…900⁰С и быстрое охлаждение), а затем отпуск (нагрев до 300…400⁰С и медленное охлаждение).

Классификация арматурных сталей. Арматура в зависимости от ее основных механических характеристик, таких, как прочность, деформативность и некоторые другие, делится на классы. Классы арматуры можно разделить на две основные группы.

1. Стержневая арматура разделяется на шесть основных классов: А-II, А-III, А-IV, А- V, А-VI. Если арматура подвергнута упрочнению с помощью термообработки, то в ее обозначение вводится индекс «т»: А_т-II, А_т-III, А_т-IV, А_т- V, А_т-VI. В случае, если арматура упрочнена деформированием вытяжкой, то добавляется индекс «в»: А-II_в, А-III_в. Так как термически упрочненную сталь не рекомендуется сваривать и она обладает повышенной коррозионной незащищенностью (потому что в месте сварки теряется прочность стали, и после термообработки появляются микротрещины, являющиеся очагами коррозии), то для арматуры, прошедшей специальную обработку для снижения этих нежелательных последствий термообработки, вводятся индексы «с» - сварка разрешается и «к» - повышенная коррозионная стойкость, например: А_т-IV_к, А_т-V_ck, А_т-VI_k, А_т- III_c.

Стержневая арматура класса А-I имеет гладкую поверхность, остальные классы - периодический профиль. Арматурная сталь классов A-IА-II, А-III имеет площадку текучести, а арматура классов A-IV, A-V, A-VI и термически упроченная арматура имеют условный предел текучести.

2. Проволочная арматура разделяется на три класса: B_р-I, B-II, B_р-II. Индекс «р» в обозначении класса арматурной проволоки то, что она имеет периодический профиль - рифленая.

3. Канатная арматура разделяется на два класса К-7 и К-19. Она изготовляется из арматурной проволоки класса В-II соответственно из 7 и 19 проволок путем свивки. В процессе свивки проволоки деформируются, плотно прилагают друг к другу, в результате канаты имеют периодическую поверхность, что обеспечивает хорошую сцепляемость с бетоном.

Применение арматурной стали в конструкциях. В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяют арматуру классов A-II и A-III. Для конструктивной, монтажной, поперечной арматуры следует использовать классы A-I, B_p-I, а также классы A-II и A-III.

В качестве напрягаемой следует применять арматуру классов: A-IV, A-V, A-VI, A_т-IV, A_т-V, A_т-VI проволочную и канатную. Если конструкция имеет длину более 12м, то следует применять арматуру классов A-IV, A-V (ее можно сваривать), а также B-II, B_р-II, K-7, K-19.

Арматурные изделия. Ненапрягаемую арматуру (Рис - 4.) изготавливают, как правило, в виде сварных сеток и каркасов. Стандартные сетки могут быть рулонными с диаметром продольной арматуры не более 7мм и длиной, ограниченной массой рулона 900…1300кг, и плоскими длиной не более 9м. Стандартные сетки изготавливаются из арматуры классов В_р-II и А-III диаметром не более 10мм.



Каркасы изготавливают из одного или нескольких продольных стержней и приваренных к ним поперечных стержней. Из условия качественной сварки соотношения диаметров продольного и поперечного арматурных стержней в каркасе должно быть не менее 1/3.

Совместная работа арматуры с бетоном является залогом надежной работы железобетонной конструкции. Совместная работа арматуры с бетоном обеспечивается для арматуры периодического профиля благодаря сцеплению ее с бетоном. Если арматура гладкая или надежное сцепление не может быть обеспечено по каким - либо причинам, то совместная работа арматуры с бетоном осуществляется с помощью специальных мероприятий.

Совместная работа арматуры и бетона необходима для того, чтобы напряжения в арматуре достигли расчетных значений. Это обеспечивается анкеров кой арматуры в бетоне. Анкеровка арматуры (закрепление ее в теле бетона) осуществляется благодаря сцеплению. Длина зоны анкеровки l_an зависит от ряда факторов: от вида напряженного состояния бетона (сжат или растянут), от вида поверхности арматуры, диаметра, прочности арматуры и бетона. Длина анкеровки должна быть не менее 200мм для арматурного стержня в сжатом бетоне и не менее 250мм для растянутой арматуры, расположенной в растянутом бетоне.



4. Расчёт элементов железобетонных конструкций

Предельными состояниями конструкции называют такие состояния, когда конструкция перестаёт сопротивляться внешним нагрузкам или же когда в ней возникают недопустимые перемещения или местные повреждения. Все предельные состояния разделены на две группы: I группа - по несущей способности; II группа - по пригодности к нормальной эксплуатации.

Расчёт по I группе предельных состояний обеспечивает конструкцию от хрупкого, вязкого или иного вида разрушения (расчёт по прочности с учётом в необходимых случаях прогиба перед разрушением); от потери устойчивости формы конструкции (расчёт на устойчивость для тонкостенных железобетонных конструкций) или от потери положения конструкции (расчёт на опрокидывание и скольжение подпорных стен и т.п.); от разрушения подсовместным воздействием силовых факторов и неблагоприятного влияния внешней среды (попеременное замораживание и оттаивание, влияние агрессивной среды). Расчёт по II группе предельных состояний обеспечивает конструкцию от образования или чрезмерного раскрытия трещин, от чрезмерных перемещений (прогибов, углов поворота или перекоса, колебаний). Расчёт по предельным состояниям производится для всех стадий работы конструкции и её элементов: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации.

Расчёт по I группе предельных состояний. Основным видом расчёта для I группы предельных состояний является расчёт по прочности. Общее условие прочности, применительно к расчёту железобетонного элемента записывается так:

г_n Q (q_n, г_ѓ, n_c) ? Ф (S, R_bR,R_sR,г_bi,г_si,1/г_b, 1/г_s).

В левой части формулы - усилия Q от нормативных нагрузок q_n, умножаемые на коэффициенты надёжности по нагрузке г_ѓ, и коэффициенты сочетания усилий.

Нормативные сопротивления бетона и арматурной стали. Для бетона вводятся два различных нормативных сопротивления: R_bn - временное сопротивление призм осевому сжатию (нормативная призменная прочность); R_btn - временное сопротивление осевому растяжению.

В частности, нормативная призменная прочность принимается по эмпирической формуле

R_bn = R^G_b (0,77 - R^G_b/R₁) ? 0,72R^G_b.

Нормативные сопротивления бетона (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие.

Для арматуры нормативное сопротивление R_sn с учётом разброса прочности принимают равными наименьшему (с вероятностью 0,95) контролируемому значению предела текучести-физического у_т или же условного у_0,2, соответствующего остаточному относительному удлинению 0,2%.

Расчёт по II группе предельных состояний. Основные виды расчёта для II группы предельных состояний и общий вид условий расчёта таковы:

А) расчёт по образованию трещин. Принимается, что трещины не появляются, если максимально возможное усилие S от нагрузки меньше или по крайней мере равно усилию S_cr, которое может восприниматься сечением при растягивающих напряжениях R_t,ser в бетоне перед образованием трещин S ? S_cr;

Б) расчёт по раскрытию трещин. Трещины, раскрывшиеся в элементе под действием нагрузки на ширину a_cr, проверяются по условию a_cr ? a_cr,i

В) расчёт по деформациям. Прогиб элемента f под нагрузкой не должен превышать предельного значения f_пред, принимаемого в зависимости от вида конструкции и её пролёта f ? f_пред

4.1 Расчет изгибаемых элементов

К изгибаемым элементам относятся балки, плиты. Балки - это линейные элементы, для которых h «l» b (l - длина, b * h - размеры поперечного сечения). Плиты - плоские элементы, для которых b »h« l (b - ширина плиты, h - её толщина).

В многопролётных плитах сетки в соответствии с эпюрой М размещают в пролётах - снизу, а на опорах - сверху.Например, рабочие стержни диаметром d = 3-10 мм размещают с шагом 100-200 мм, а поперечные стержни - с шагом 250-300 мм.

Два варианта исчерпания прочности изгибаемого элемента по нормальным сечениям. В однопролётной железобетонной балке исчерпание несущей способности может произойти как от изгибающего момента М при небольшой или нулевой поперечной силе Q (нормальное к продольной оси элемента сечение а-а в средней части пролёта), так и от поперечной силы Q при сравнительно небольшом значении М (наклонное сечение б-б вблизи опоры). Поэтому расчёт прочности необходимо производить как по нормальным, так и по наклонным сечениям.

о_y = щ/[1+у_s1 (1 - щ/1,1) /у_s2]

щ = б - R_b/R_b1

Изгибаемые элементы - расчёт прочности по нормальным сечениям по случаю 1. Прямоугольное сечение с одиночной арматурой. Для такого сечения внутренние усилия в предельном состоянии равны R_sA_s - в растянутой арматуре, R_bA_b - в сжатом бетоне.

Площадь сжатой зоны A_b=bx

R_sA_s-R_bbx=0 или R_sA_s=R_bbx.

Из условия УM = 0 определяют предельный момент сечения

M=R_bbx (h₀ - 0,5x) или M=R_sA_s (h₀ - 0,5x)

Прочность будет обеспечена, если внешний момент М не превысит предельного момента внутренних сил R_bbx (h₀-0,5x) или R_sA_s (h₀-0,5x), поэтому окончательно условие прочности будет иметь вид M ? R_bbx(h₀-0,5x) или

M ? R_sA_s(h₀-0,5x).

x = R_sA_s/R_bb,

о = x/h₀ = R_sA_s/b·h₀R_b = мR_s/R_b.

Для сокращения вычислений при расчёте прямоугольных сечений применяют вспомогательные таблицы. Для составления таблиц формулы приводят к виду

M=A₀bhІ₀R_b; A_s=M/зh₀R_s

где A₀ = (x/h₀)(1-0,5x/h₀) = о(1-0,5о);

з = 1-0,5x/h₀ = 1-0,5о.

Прямоугольное сечение с двойной арматурой.

M_y = A_ybhІ₀R_b, где A_y = о_y(1-0,5о_y)

A_sґ = (M - M_y)/[R_sc(h₀ - aґ)].

A_s = о_ybh₀(R_b/R_s)+A_sґ(R_sc/R_s).

На основе приведенных формул определяются или проверяются на несущую способность сечения железобетонных элементов.



4.2 Расчёт сжатых и растянутых элементов

Сжатые элементы железобетонных конструкций - это верхние пояса и элементы решётки ферм, элементы арочных и рамных конструкций, ряд других конструктивных элементов.

Расчёт прочности. При расчётном эксцентриситете, равном нулю, и наличии только случайного эксцентриситета некоторые элементы прямоугольного сечения (с симметричной арматурой классов A-I, A-II, A-III при расчётной длине l₀?20h, разрешается рассчитывать по упрощенной методике, как центрально-сжатые.

Расчёт прочности. При этом для случая 1 считают, что сжатый бетон работает с расчётным сопротивлением R_b а растянутая и сжатая арматура - с расчётными сопротивлениями R_s и R_sc соответственно; для случая 2 вместо действительной эпюры сжимающих напряжений (пунктир), принимают прямоугольную с ординатой R_b; напряжения в арматуре S' (сжатой) считают равными расчётному сопротивлению R_sc, а в арматуре S - величине у_s, меньшей расчётного сопротивления.

Условие прочности элемента (УM=0) устанавливают из сравнения внешнего M=Ne и внутреннего изгибающих моментов относительно оси, проходящей через точку приложения равнодействующей усилий в арматуре S:

Ne ? R_bbx(h₀-0,5x) + R_scA_sґ * (h₀-aґ),

А высоту сжатой зоны определяют из условия равновесия сечения (УX=0):

N=R_bbx+R_scA_sґ-R_sAs при о ? о_y-случай1;

N=R_bbx+R_scA_sґ-у_sA_s при о >о_y - случай 2.

Причём для бетона класса В30 и ниже с ненапрягаемой арматурой классов от А-I до A-III принимают по формуле у_s = [2(1-о)/(1-о_y)-1] R_s.

На основе данной теории и разработанного алгоритма создана комплексная компьютерная технология (см.Главу13.) по расчету и проектированию железобетонных конструкции « КРОУСС», которая позволяет автоматизировать весь процесс расчета и конструирования различной железобетонной конструкции.



Литература

1. Диллон, Патрик Великие здания. Мировая архитектура в разрезе. От египетских пирамид до Центра Помпиду / Патрик Диллон, Стивен Бисти. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2015. 814 c.

2. Дыховичный, Ю. А. Жилые и общественные здания: краткий справочник инженера-конструктора. Том II (Изд. дом АС / Ю.А. Дыховичный, В. Колчунов. Москва: СИНТЕГ, 2015. 395 c.

3. Жилые и общественные здания. Краткий справочник инженера-конструктора / ред. Ю.А. Дыховичный. M.: Стройиздат; Издание 3-е, перераб. и доп., 2014. 656 c.

4. Заварихин, С. П. Капитал и архитектура. История архитектуры и строительства банковских зданий России / С.П. Заварихин, Р.А. Фалтинский. Москва: ИЛ, 2015. 376 c.

5. Илинзер, Д.И. Анализ хозяйственной деятельности в общественном питании / Д.И. Илинзер. М.: Экономика, 2013. 144 c.

6. Каптиков, Анри Архитектура старых Нидерландов. Церкви. Замки. Городские укрепления. Площади. Торговые ряды. Беффруа. Ратуши. Здания гильдий. Дворцы. Дома / Анри Каптиков, Дарья Богданова. М.: Татлин, 2013. 184 c.

7. Кириков, Борис Архитектура петербургского модерна. Общественные здания. Книга 1 / Борис Кириков. М.: Коло, 2014. 592 c.

8. Лисицыан Интерьер общественных и жилых зданий / Лисицыан, М.В. и. М.: Стройиздат, 2016. 135 c.

9. Новикова, Е. Б. Интерьер общественных зданий / Е.Б. Новикова. М.: Стройиздат, 2014. 368 c.

10. Отставнов, А. А. Водоснабжение и водоотведение общественных зданий (+ CD-ROM) / А.А. Отставнов. М.: АВОК-ПРЕСС, 2014. 404 c.

11. Пащенко, Ф.Н. Архитектура и строительство библиотечных зданий / Ф.Н. Пащенко. М.: Госархиздат Академии Архитектуры СССР, 2014. 296 c.

12. Смирнова, И.П. Альбом проектов сельских общественных зданий / И.П. Смирнова. М.: Стройиздат, 2016. 164 c.

13. Соловьев, А. К. Архитектура зданий. Учебник / А.К. Соловьев, В.М. Туснина. М.: Academia, 2014. 336 c.

14. Халпахчьян, О.Х. Гражданское зодчество Армении (Жилые и общественные здания) / О.Х. Халпахчьян. М.: Стройиздат, 2015. 248 c.

15. Шубин, Л. Ф. Архитектура гражданских и промышленных зданий. В 5 томах. Том 5. Промышленные здания / Л.Ф. Шубин. Москва: Машиностроение, 2013. 336 c.

16. Шубин, Л.Ф. Архитектура гражданских и промышленных зданий / Л.Ф. Шубин. М.: ЁЁ Медиа, 2015. 576 c.

Размещено на Allbest.ru