Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сущность железобетона

1. Сущность железобетона

Как и любой другой искусственный или естественный каменный материал, бетон сопротивляется разрыву приблизительно в 15-20 раз слабее, чем сжатию. Кроме того, он - хрупкий материал, рассмотрим зависимость напряжений и деформаций в бетоне.

Средняя относительная предельная растяжимость бетона

(или 0,00015),

а средняя относительная предельная сжимаемость

(или 0,002),

т.е. средняя относительная предельная сжимаемость бетона в 13 раз больше относительной предельной растяжимости.

Именно хрупкость бетона не позволяет во многих случаях использовать прочность бетона при растяжении, даже когда напряжения, вызываемые внешними силами, невелики. Это объясняется тем, что в период строительства возникают трещины из-за колебаний температур, неравномерного высыхания, случайных динамических воздействий. Непосредственно бетонными конструкциями бывают: колонны, фундаменты, подпорные стенки и прочие конструкции, воспринимающие только сжимающие усилия.

Исследования показали, что разрушение бетонных балок происходит от разрыва нижних (наиболее растянутых) волокон (рис. 1.2).

Схема разрушения бетонной балки

1 - нейтральный слой (ось);

2 - сжатая зона балки;

3 - растянутая зона балки;

4 - трещина в нормальном сечении

ширина прямоугольного сечения или ребра таврового и двутаврового сечений;

высота прямоугольного, таврового, двутаврового сечений;

высота сжатой зоны.

При этом несущая способность сжатой зоны балок используется не более чем на 5 - 7%.

Если усилить растянутую зону балки так, чтобы она могла воспринимать необходимые растягивающие усилия, то, соответственно, будет возрастать несущая способность всей балки, вплоть до полного исчерпания прочности ее сжатой зоны.

Наиболее подходящим материалом, позволяющим в широких пределах повышать сопротивляемость растянутых зон бетонных балок, оказалась стальная арматура, одинаково хорошо сопротивляющая растяжению и сжатию.

Относительное удлинение стали при разрыве в сотни раз превышает предельное удлинение бетона. Как известно, в отличие от бетона сталь более прочный и одновременно более пластичный материал.

Если судить по диаграмме зависимости стали (рис. 1.3), сталь - это упругопластический материал.

При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны, следовательно, прочность ее по сравнению с бетонной (неармированной) балкой в зависимости от класса бетона возрастает в 15-20 раз (рис. 1.4).

Схема разрушения железобетонной балки

1 - нейтральный слой (ось);

2 - сжатая зона балки;

3 - растянутая зона балки;

4 - трещины в нормальных сечениях;

5 - трещины в наклонных сечениях;

6 - стальная арматура;

7 - раздробление бетона сжатой зоны

Железобетон - это комплексный конструктивный материал, в котором бетон и арматура работают под нагрузкой как единое монолитное целое.

Пользуясь терминологией механики твёрдого тела, можно сформулировать понятие железобетона как армированного композитного материала.

При этом предполагается, что бетон в основном предназначен для восприятия сжимающих усилий, а стальная арматура - растягивающих.

При таком распределении функций между бетоном и арматурой железобетон способен воспринимать растягивающие усилия вплоть до полного исчерпания несущей способности сжатой зоны изгибающих, внецентренно сжатых или растянутых элементов (рис. 1.5, рис. 1.6).

Диаграммы зависимости для бетона класса В20 и арматурной стали класса А400

- - диаграмма растянутого бетона;

- - диаграмма растяжения стали

Диаграммы зависимости для бетона класса В20 и арматурной стали класса Ат800

- диаграмма растянутого бетона;

- диаграмма растяжения стали

Железобетон обладает анизотропией - зависимостью механических и деформативных свойств от направления действия внешних нагрузок, обусловленной армированием и нелинейностью деформирования, т.е. анизотропия связана с трещиностойкостью, пластическими свойствами бетона и стали.

Особенность железобетона: способность воспринимать нагрузку с видимыми трещинами в растянутой зоне.

2. Условия существования железобетона

1. Обеспечение совместных деформаций бетона и арматуры

Способ обеспечения совместности при этом не имеет значения - нагрузка прикладывается на бетон. Необходимо обеспечить передачу возникающих от нагрузки усилий с бетона растянутой зоны на арматуру.

В принципе возможны два технологических приема передачи:

§ за счет сцепления арматуры и бетона вдоль всей конструкции (рис. 1.7, а)

§ за счет анкеров, устраиваемых по торцам балки (рис. 1.7, б)

а)

б)

Технологические приемы передачи усилий с бетона на арматуру

а) передача внешней нагрузки за счет сцепления арматуры с бетоном;

б) анкеровка арматуры путем устройства на концах специальных анкеров

Для случая сцепления арматуры и бетона до образования трещин в любом сечении действует условие:

При отсутствии сил сцепления образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры, таким образом, происходит резкое раскрытие образовавшейся трещины, уменьшение высоты сжатой зоны, уменьшение жесткости при изгибе EI.

Таким образом, исключается сдвиг (продергивание) арматуры в бетоне.

Для случая передачи внешней нагрузки за счет анкеров действует условие:

2. Примерное равенство коэффициентов температурного расширения

;

Материалы с разными коэффициентами температурного расширения независимо от надежного сцепления между ними работают в усложненных условиях, т.к. при перепадах температур возникают собственные напряжения, влияющие на сцепление между материалами.

3. Наличие защиты арматуры от воздействий окружающей среды

бетон балка арматура

В железобетонных конструкциях арматура должна быть защищена от коррозии, а также от быстрого нагревания при действии высоких температур. С этой целью арматуру располагают в удалении от наружной поверхности конструкции - на толщину защитного слоя бетона. Защитный слой необходим также для лучшего сцепления арматуры с бетоном.

Толщина защитного слоя для арматуры должна быть:

Защитный слой бетона

3. Достоинство и недостатки железобетона

Достоинства:

1. Высокая прочность.

2. Долговечность (при правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно длительное время без уменьшения несущей способности, т.к. прочность бетона с течением времени увеличивается, а арматура защищена от коррозии).

3. Огнестойкость (выдерживает до 2 часов при снижении несущей способности на 10-20%). При пожарах средней интенсивности продолжительностью до нескольких часов железобетонные конструкции начинают повреждение с поверхности, и уменьшение несущей способности происходит постепенно.

4. Стойкость против атмосферных явлений.

5. Доступность составляющих железобетонных компонентов.

6. Экономичность при изготовлении и эксплуатации.

7. Эстетичность, архитектурная выразительность

Недостатки:

1. Раннее образование трещин в растянутой зоне и быстрое их раскрытие.

2. Большой вес.

При проектировании недостатки стараются уменьшить. Раскрытие трещин при действии эксплуатационных нагрузок во многих конструкциях невелико и не мешает нормальной эксплуатации. На практике (особенно при применении высокопрочной арматуры) возникает необходимость предотвращать образование трещин или ограничивать ширину их раскрытия, тогда бетон до приложения внешней нагрузки подвергают интенсивному обжатию посредством натяжении арматуры (т.е. предварительного натяжения). Это повышает жесткость и трещиностойкость железобетонных конструкций.

Вес же снижают применением тонкостенных, пустотных конструкций, а также конструкций на пористых и лёгких заполнителях.

Размещено на Allbest.ru