Железобетон как строительный материал
Выгодное сочетание физико-механических свойств при совместной работе бетона и стальной арматуры. Преимущества железобетона, его недостатки и способы их устранения. Классы и марки бетонов. Основные виды арматурных изделий. Меры борьбы с коррозией бетона.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.10.2016 |
| Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. В чем сущность железобетона как строительного материала?
- 2. На чем основана совместная работа бетона и арматуры?
- 3. Основные преимущества железобетона, недостатки и способы их устранения
- 4. Какие классы бетонов существуют и как устанавливается каждый из них?
- 5. Что характеризуют марки бетонов по морозостойкости, водонепроницаемости, плотности?
- 6. Как устанавливается прочность бетона на сжатие, на растяжение?
- 7. Охарактеризовать деформативность бетона при кратковременном, длительном и многократно повторном нагружении?
- 8. Что такое начальный модуль упругости и модуль упругопластичности бетона?
- 9. Каково назначение арматуры в железобетонных конструкциях?
- 10. Привести классификацию гибкой стальной арматуры. Каково применение разных классов арматурных сталей?
- 11. Виды арматурных изделий и их применение
- 12. Как осуществляются анкеровка арматуры в бетоне и соединение арматуры?
- 13. Как устанавливается нормативное сопротивление арматурной стали?
- 14. Какие способы упрочнения арматурных сталей существуют?
- 15. Что такое ползучесть, усадка железобетона? Охарактеризовать температурные деформации железобетона
- 16. В чем сущность коррозии железобетона и каковы меры борьбы с ней?
1. В чем сущность железобетона как строительного материала?
Бетон, как показывают испытания, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. Бетонная балка (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, в одной зоне испытывает растяжение, в другой сжатие; такая балка имеет малую несущую способность вследствие слабого сопротивления бетона растяжению.
Та же балка, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне, обладает более высокой несущей способностью, которая значительно выше и может быть до 20 раз больше несущей способности бетонной балки.
Железобетонные элементы, работающие на сжатие, например колонны, также армируют стальными стержнями. Поскольку сталь имеет высокое сопротивление растяжению и сжатию, включение ее в бетон в виде арматуры заметно повышает несущую способность сжатого элемента.
2. На чем основана совместная работа бетона и арматуры?
Совместная работа бетона и стальной арматуры обусловливается выгодным сочетанием физико-механических свойств этих материалов:
железобетон стальная арматура бетон
1) при твердении бетона между ним и стальной арматурой возникают значительные силы сцепления, вследствие чего в железобетонных элементах под нагрузкой оба материала деформируются совместно;
2) плотный бетон (с достаточным содержанием цемента) защищает заключенную в нем стальную арматуру от коррозии, а также предохраняет арматуру от непосредственного действия огня;
3) сталь и бетон обладают близкими по значению температурными коэффициентами линейного расширения, поэтому при измененных температуры в пределах до 100°С в обоих материалах возникают несущественные начальные напряжения; скольжения арматуры в бетоне не наблюдается.
3. Основные преимущества железобетона, недостатки и способы их устранения
Железобетон получил широкое распространение в строительстве благодаря его положительным свойствам: долговечности, огнестойкости, стойкости против атмосферных воздействий, высокой сопротивляемости динамическим нагрузкам, малым эксплуатационным расходам на содержание зданий и сооружений и др. Вследствие почти повсеместного наличия крупных и мелких заполнителей, больших количествах идущих на приготовление бетона, железобетон доступен к применению практически на всей территории страны.
По сравнению с другими строительными материалами железобетон более долговечен. При правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно длительное время без снижения несущей способности, поскольку прочность бетона с течением времени в отличие от прочности других материалов возрастает, а сталь в бетоне защищена от коррозии. Огнестойкость железобетона характеризуется тем, что при пожарах средней интенсивности продолжительностью до нескольких часов железобетонные конструкции, в которых арматура установлена с необходимым защитным слоем бетона, начинают повреждаться с поверхности и снижение несущей способности происходит постепенно.
Для железобетонных конструкций, находящихся под нагрузкой, характерно образование трещин в бетоне растянутой зоны. Раскрытие этих трещин при действии эксплуатационных нагрузок во многих конструкциях невелико и не мешает их нормальной эксплуатации.
Однако на практике часто (в особенности при применении высокопрочной арматуры) возникает необходимость предотвратить образование трещин или ограничить ширину их раскрытия, тогда бетон заранее, до приложения внешней нагрузки, подвергают интенсивному обжатию - обычно посредством натяжения арматуры. Такой железобетон называют предварительно напряженным.
Относительно высокая масса железобетона - качество в определенных условиях положительное, но во многих случаях нежелательное. Для уменьшения массы конструкций применяют менее материалоемкие тонкостенные и пустотные конструкции, а также конструкции из бетона на пористых заполнителях.
4. Какие классы бетонов существуют и как устанавливается каждый из них?
В зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий эксплуатации устанавливают показатели качества бетона, основными из которых являются: класс бетона по прочности на осевое сжатие В и на осевое растяжение Вt.
Заданные класс и марку бетона получают подбором состава бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов.
Классом бетона по прочности на осевое сжатие В (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 15 см, испытанных через 28 дней хранения при температуре 20°С с учетом статистической изменчивости прочности.
Классы бетона по прочности на сжатие для железобетонных: для тяжелых бетонов В7,5; В10; В12.5; В15; В20; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60; для мелкозернистых бетонов вида А на песке с модулями крупности 2,1 и более - в том же диапазоне до В40 включительно; вида Б с модулем крупности менее 1 - в том же диапазоне до ВЗО включительно; вида В, подвергнутого автоклавной обработке - в том же диапазоне до В60 включительно; для легких бетонов - в том же диапазоне до В40 включительно.
Классы бетона по прочности на осевое растяжение Вt0,8; Вt1,2; Вt1,6; Вt2; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2 характеризуют прочность бетона на осевое растяжение (МПа) с учетом статистической изменчивости прочности.
5. Что характеризуют марки бетонов по морозостойкости, водонепроницаемости, плотности?
Марки бетона по морозостойкости от F25 до F500 характеризуют число выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии.
Марки бетона по водонепроницаемости от W2 до W12 характеризуют предельное давление воды, при котором еще не наблюдается просачивание ее через испытываемый образец.
Марки бетона по плотности от D800 до D2400 характеризуют среднюю плотность (кг/м3).
6. Как устанавливается прочность бетона на сжатие, на растяжение?
Прочность бетона на осевое сжатие. Кубиковая прочность. При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Наклон трещин разрыва обусловлен силами трения, которые развиваются на контактных поверхностях - между подушками пресса и гранями куба
Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если временное сопротивление сжатию бетона для базового куба с ребром 150 мм равно R, то для куба с ребром 200 мм оно уменьшается приблизительно до 0,93 R, а для куба с ребром 100 мм - увеличивается до 1,1 R. Это объясняется изменением эффекта обоймы с изменением размеров куба и расстояния между его торцами
Призменная прочность. Поскольку железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчетах их прочности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность бетона. Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является Призменная прочность Rb - временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Опыты на бетонных призмах со стороной основания а и высотой h показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она уменьшается с увеличением отношения h/а
Прочность бетона на осевое растяжение. Она зависит от прочности цементного камня на растяжение и сцепления его с зернами заполнителями. Согласно опытным данным, прочность бетона на растяжение в 10…20 раз меньше, чем при сжатии, причем относительная прочность на растяжение уменьшается с увеличением класса бетона.
Более точно значение Rbt определяют испытаниями: на разрыв - образцов в виде восьмерки, на раскалывание - образцов в виде цилиндров, на изгиб - бетонных балок.
7. Охарактеризовать деформативность бетона при кратковременном, длительном и многократно повторном нагружении?
Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. При однократном загружении бетонной призмы кратковременно приложенной нагрузкой деформации бетона
т.е. она складывается из упругой деформации ее и неупругой пластической деформации еpl. Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10%).
Таким образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, в то время как неупругие деформации развиваются по времени. С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении уb, неупругие деформации уменьшаются.
Деформации при длительном действии нагрузки. При сжатии бетонной призмы в режиме пропорционального развития во времени продольных деформаций обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона. Такой участок повышенного деформирования бетона реально наблюдается в конструкциях при определенных условиях нагружения, например, при сжатии бетона у внешней грани сжатой зоны изгибаемых элементов. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются
Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3.4 мес. и может продолжаться несколько лет.
Свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3.4 раза превышать упругие деформации.
Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации называют релаксацией напряжений. Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой.
Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения было получено напряжение, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковым.
С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается.
Деформация бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки. Многократное повторение циклов загрузки - разгрузки бетонной призмы приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, постепенно выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает работать упруго.
С каждым последующим циклом неупругие деформации накапливаются.
При больших напряжениях после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца.
8. Что такое начальный модуль упругости и модуль упругопластичности бетона?
Начальный модуль упругости бетона при сжатии Eb соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загружении. Геометрически он определяется как тангенс угла наклона прямой упругих деформаций:
где с - масштабно размерный коэффициент, МПа.
Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой уb - еb с заданным напряжением.
Поскольку угол б1 меняется в зависимости от напряжений и времени, модуль упругопластичности является также переменной величиной, меньшей, чем начальный модуль упругости. Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности можно установить, если выразить одно и то же напряжение и бетоне уb, через упругие деформации еb и полные деформации еb.
Отсюда
где н = ее/ев - коэффициент упругопластических деформаций бетона.
По данным опытов коэффициент н изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,15. С увеличением уровня напряжений в бетоне уb/Rb и длительности действия нагрузки t коэффициент н уменьшается. Значение н (t) может быть определено по специальным опытным данным или по средним опытным диаграммам.
9. Каково назначение арматуры в железобетонных конструкциях?
Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают преимущественно для восприятия растягивающих усилий и усиления бетона сжатых зон конструкций. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.
Арматура, устанавливаемая по расчету, называется рабочей; устанавливаемая по конструктивным и технологическим соображениям - монтажной. Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочей арматуры в конструкции и более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры. Кроме того, монтажная арматура может воспринимать обычно не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры конструкции и т.п. Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия - сварные и вязаные сетки и каркасы, которые размещают в железобетонных элементах в соответствии с характером их работы под нагрузкой.
10. Привести классификацию гибкой стальной арматуры. Каково применение разных классов арматурных сталей?
Стержневая горячекатаная арматура в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяется на шесть классов с условным обозначением: А-I, А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI. Термическому упрочнению подвергают стержневую арматуру четырех классов, упрочнение в ее обозначении отмечается дополнительным индексом "т": Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI. Дополнительной буквой С указывается на возможность стыкования сваркой, К - на повышенную коррозионную стойкость.
В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Например, в марке 25Г2С первая цифра обозначает содержание углерода в сотых долях процента (0,25 %), буква Г - что сталь легирована марганцем, цифра 2 - что его содержание может достигать 2%, а буква С - наличие в стали кремния (силиция).
Периодический профиль имеет стержневая арматура всех классов, за исключением круглой (гладкой) арматуры класса А-1,Физический предел текучести = 230.400 МПа имеет арматура классов А-I, А-II, А-III, условный предел текучести =600.1000 МПа имеет высоколегированная арматура классов А-IV, А-V, А-VI и термически упрочненная арматура.
Арматурную проволоку диаметром 3-8 мм подразделяют на два класса: Вр-1 - обыкновенная арматурная проволока (холоднотянутая, низкоуглеродистая), предназначенная для изготовления сварных сеток; В-II, Вр-II - высокопрочная арматурная проволока (многократно волоченная, углеродистая), применяемая в качестве напрягаемой арматуры предварительно-напряженных элементов. Периодический профиль обозначается дополнительным индексом "р": Вр-1, Вр-II.
Основная механическая характеристика проволочной арматуры - ее временное сопротивление, которое возрастает с уменьшением диаметра проволоки. Относительное удлинение после разрыва сравнительно невысокое =4.6 %.
Применение арматуры в конструкциях
В качестве ненапрягаемой арматуры применяют имеющие высокие показатели прочности стержневую арматуру классов Ат-III, А-III, арматурную проволоку класса Вр-1. Возможно применение арматуры класса А-II, если прочность арматуры класса А-III не полностью используется в конструкции из-за чрезмерных деформаций или из-за раскрытия трещин. Арматуру класса А-1 можно применять в качестве монтажной, хомутов вязаных каркасов, поперечных стержней сварных каркасов.
В качестве напрягаемой рекомендуется применять стержневую термически упрочненную арматуру классов Ат-VI, Ат-V, Ат-IVС, горячекатаную арматуру классов А-VI, А-V и А-IV; для элементов длиной свыше 12 м лучше применять арматурные канаты и высокопрочную проволоку, допускается применение стержней классов А-IV, А-V.
При выборе арматурной стали для применения в конструкциях учитывают ее свариваемость. Хорошо свариваются контактной сваркой горячекатаная арматура классов от А-1 до А-VI, Ат-IVС и обыкновенная арматурная проволока в сетках. Нельзя сваривать термически упрочненную арматуру классов Ат-V, Ат-VI и высокопрочную проволоку, так как сварка приводит к утрате эффекта упрочнения.
11. Виды арматурных изделий и их применение
Сварные сетки изготовляют по стандарту из обыкновенной арматурной проволоки диаметром 3.5 мм и арматуры класса А-III диаметром 6.10 мм. Сетки бывают рулонные и плоские.
В рулонных сетках наибольший диаметр продольных стержней - 7 мм. Рабочей арматурой служат продольные или поперечные стержни сетки, распределительной (монтажной) - сетки, расположенные перпендикулярно рабочим. В качестве рабочей арматуры можно также использовать одновременно стержни сеток обоих направлений. Ширина сетки ограничена размером 3800 мм, длина - массой рулона 900.1300 кг, причем длину сетки принимают по проекту, но не более 9000 мм.
Плоские сварные каркасы (их называют также сетками) изготовляют из одного или двух продольных рабочих стержней и привариваемых к ним поперечных стержней. Концевые выпуски продольных и поперечных стержней каркаса должны быть не менее 20 мм.
Пространственные каркасы конструируют из плоских каркасов, в ряде случаев применяя соединительные стержни.
12. Как осуществляются анкеровка арматуры в бетоне и соединение арматуры?
Сварные стыки арматуры. Основным видом соединения арматурных стержней является сварное соединение встык, которое в заводских условиях и на монтаже выполняется различными способами.
В заводских условиях для соединения арматурных стержней классов от А-1 до А-VI, Ат-III, применяют контактную сварку. На монтаже для соединения арматурных, стержней классов А-1, А-II, А-III, Ат-I (например, для соединения выпусков арматуры сборных железобетонных элементов и т.п.) применяют дуговую ванную сварку.
Соединение втавр стержней с пластиной (из листовой или полосовой стали) производится автоматической дуговой сваркой под слоем флюса. Соединение внахлестку арматурных стержней с пластиной или с плоскими элементами проката может выполняться дуговой сваркой фланговыми швами.
а) контактная сварка встык, б) дуговая ванная сварка в инвентарной форме, в) дуговая чварка с накладками, е) сварное соединение втавр стержней с пластинкой, ж) сварное соединение внахлёстку стержня с пластинкой.
Стыки арматуры внахлестку (без сварки). Арматурные стержни классов А-1, А-II и А-III допускается соединять внахлестку с перепуском концов на 20-50 диаметров без сварки в тех местах железобетонных элементов, где прочность арматуры используется не полностью. Однако такой вид соединения арматуры почти не применяется из-за излишнего расхода стали и несовершенства конструкции стыка.
Стыки сварных сеток в рабочем направлении могут выполняться внахлестку. Рабочие стержни соединяемых сеток могут располагаться в разных плоскостях или в одной плоскости. В каждой из соединяемых в растянутой зоне сеток на длине нахлестки должно быть расположено не менее двух поперечных стержней, приваренных ко всем продольным стержням сетки. Если рабочая арматура сеток из стержней периодического профиля, то одна из соединяемых сеток или обе сетки в пределах стыка могут быть без приваренных поперечных стержней.
Стыки плоских сварных каркасов внахлестку допускаются при одностороннем расположении продольных стержней и выполняются как стыки сварных сеток в рабочем направлении; при этом на длине стыка устанавливают дополнительные хомуты или поперечные стержни с шагом не более 5 диаметров продольной арматуры.
а - при гладких стержнях, когда поперечные стержни расположены в одной плоскости; б, в - то же, когда поперечные стержни расположены в разных плоскостях; г - в направлении рабочей арматуры при стержнях периодического профиля, когда в пределах стыка в одном стыкуемом изделии поперечные стержни отсутствуют; д - то же, когда в пределах стыка в двух стыкуемых изделиях поперечные стержни отсутствуют.
Анкеровка арматуры в бетоне
В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне - анкеровка - достигается запуском арматуры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон, а также с помощью анкерных устройств.
Ненапрягаемая арматура из гладких стержней класса А-1 снабжена на концах анкерами в виде полукруглых крюков. Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крюков на концах. Арматурные стержни периодического профиля обладают значительно лучшим сцеплением с бетоном, их применяют без крюков на концах.
На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10d; если наклонные трещины в растянутой зоне не образуются, то стержни заводят за внутреннюю грань опоры на длину не менее 5d.
Напрягаемая арматура - стержни периодического профиля или арматурные канаты - при натяжении на упоры и достаточной прочности бетона применяется в конструкциях без специальных анкеров; арматура при натяжении на бетон (арматурные пучки) или натяжении на упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном (гладкая высокопрочная проволока) всегда закрепляется в бетоне специальными анкерами.
Для того чтобы бетон при передаче на него усилий с напрягаемой арматуры не раскалывался, концы элементов усиливают закладными деталями с анкерными стержнями, хомутами и т.п.
13. Как устанавливается нормативное сопротивление арматурной стали?
Характеристики прочности и деформаций арматурных сталей устанавливают по диаграмме уs - еs, получаемой из испытания образцов на растяжение. Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением после разрыва - до 25% (мягкая сталь). Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести арматурной стали уy, напряжение в начале образования шейки, предшествующее разрыву, носит название временного сопротивления арматурной стали уu.
Диаграммы уs - еs при растяжении арматурной стали
а) - с площадкой текучести (мягкая сталь); б) - с условным пределом текучести
Любой материал, даже бетон одного класса и сталь одной марки, не обладает стабильно одинаковой прочностью. Брать в таких случаях среднюю прочность R слишком рискованно (50% вероятности того, что в опасном сечении конструкции прочность материала окажется ниже R), а брать Rmin - слишком накладно (столь низкая прочность приведет к увеличению размеров сечения). Поэтому специалисты условились принимать в качестве нормативной Rn такую прочность, которая давала бы 95% гарантии, а риска - лишь 5%, аналогично тому, как принимается класс бетона. Следовательно, нормативным сопротивлением бетона сжатию Rbn является призменная прочность с обеспеченностью 0,95, а нормативным сопротивлением арматуры растяжению Rsn - условный или физический пределы текучести с обеспеченностью 0,95.
14. Какие способы упрочнения арматурных сталей существуют?
Повышение прочности горячекатаной арматурной стали и уменьшение удлинения при разрыве достигаются введением в ее состав углерода и различных легирующих добавок: марганца, кремния, хрома и др. Содержание углерода свыше 0,3-0,5 % снижает пластичность и ухудшает свариваемость стали. Марганец повышает прочность стали без существенного снижения ее пластичности. Кремний, повышая прочность стали, ухудшает ее свариваемость. Содержание легирующих добавок не большое и обычно составляет 0,6-2 %.
Существенного повышения прочности горячекатаной арматурной стали (в несколько раз) достигают термическим упрочнением или холодным деформированием. При термическом упрочнении осуществляются закалка арматурной стали (нагревом до 800, 900°С и быстрым охлаждением), затем частичный отпуск (нагревом до 300 - 400°С и постепенные охлаждением).
Высоколегированные и термически упрочненные арматурные стали переходят в пластическую область постепенно - без ярко выраженной площадки текучести.
Сущность упрочнения холодным деформированием арматурной стали состоит в следующем. При искусственной вытяжке в холодном состоянии до напряжения, превышающего предел текучести под влиянием структурных изменений кристаллической решетки (наклепа) арматурная сталь упрочняется. При повторной вытяжке, поскольку пластические деформации уже выбраны, напряжение становится новым искусственно поднятым пределом текучести.
Вытяжка в холодном состоянии позволяет получать высокую прочность стержней большого диаметра. Многократное волочение (через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий) в холодном состоянии позволяет получать высокопрочную проволоку.
При этом временное сопротивление значительно увеличивается, а удлинения при разрыве становятся малыми - 4-6: %. Чтобы получить структуру проволоки, необходимую для такого холодного волочения, производится патентирование - предварительная термообработка, нагрев до температуры порядка 800°С с последующим специальным охлаждением. По такой технологии изготовляют высокопрочную проволоку классов В-II, Вр-II.
15. Что такое ползучесть, усадка железобетона? Охарактеризовать температурные деформации железобетона
Усадка железобетона
В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным, усадка и набухание железобетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и набухание бетона. Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напряжений - растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента и стесненной усадки армированного элемента возникают средние растягивающие напряжения в бетоне. Наибольшие значения этих напряжений находятся в зоне контакта с арматурой.
С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения увеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяжении, возникают усадочные трещины.
Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определимого железобетонного элемента.
В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т.п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий. Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки.
Ползучесть железобетона
Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, становится внутренней связью, препятствующей свободным деформациям ползучести. В железобетонном элементе под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном. Процесс перераспределения усилий интенсивно протекает в течение первых нескольких месяцев, а затем в течение длительного времени (более года) постепенно затухает. Продольные деформации арматуры и бетона центрально-сжатой железобетонной призмы благодаря сцеплению материалов одинаковы:
Роль поперечных стержней или хомутов сводится главным образом к предотвращению выпучивания продольных сжатых стержней.
Ползучесть и усадка железобетона протекают одновременно и совместно влияют на работу конструкции.
Воздействие температуры на железобетон
Под воздействием температуры в железобетоне возникают внутренние взаимно уравновешенные напряжения, вызванные некоторым различием в значениях коэффициента линейной температурной деформации цементного камня, зерен заполнителей и стальной арматуры. При воздействии на конструкцию температуры до 50°С внутренние напряжения невелики и практически не приводят к снижению прочности бетона. В условиях систематического воздействия технологических температур порядка 60-200°С необходимо учитывать некоторое снижение механической прочности бетона (примерно на 30 %). При длительном нагреве до 500-600°С и последующем охлаждении бетон разрушается.
Основными причинами разрушения бетона при воздействии высоких технологических температур являются значительные внутренние растягивающие напряжения, возникающие вследствие разности температурных деформаций цементного камня и зерен заполнителей, а также вследствие увеличения в объеме свободной извести, которая выделяется при дегидратации минералов цемента и гасится влагой воздуха.
Для конструкций, испытывающих длительное воздействие высоких технологических температур, применяют специальный жаростойкий бетон. Прочность сцепления арматуры периодического профиля с бетоном снижается при температуре до 500°С на 30%. Однако прочность сцепления гладкой арматуры с бетоном начинает резко снижаться уже при 250°С.
В статически неопределимых железобетонных конструкциях под воздействием сезонных изменений температур возникают дополнительные усилия, которые при большой протяженности конструкции становятся весьма значительными. Чтобы уменьшить дополнительные усилия от изменения температуры, здания большой протяженности делят на отдельные блоки температурными швами, которые обычно совмещают с усадочными швами.
16. В чем сущность коррозии железобетона и каковы меры борьбы с ней?
Коррозионная стойкость элементов железобетонных конструкций зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды. Коррозия бетона, имеющего недостаточную плотность, может происходить от воздействия фильтрующейся воды, которая растворяет составляющую часть цементного камня. Наибольшей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона являются белые хлопья на его поверхности. Другой вид коррозии бетона возникает под влиянием газовой или жидкой агрессивной среды: кислых газов в сочетании с повышенной влажностью, растворов кислот, сернокислых солей и др. При взаимодействии кислоты с гидратом окиси кальция цементного камня бетон разрушается, Продукты химического взаимодействия агрессивной среды и бетона, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы бетона. Рост кристаллов приводит к разрыву стенок пор, каналов и быстрому разрушению бетона. Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной кислоты; они образуют в цементе сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция, растворяясь, вытекает и образует белые подтеки на поверхности бетона. Весьма агрессивны грунтовые воды, содержащие сернокислотный кальций, а также воды с магнезиальными и аммиачными солями. Морская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфатомагнезит, хлористую магнезию и другие вредные соли.
Коррозия арматуры (ржавление) происходит в результате химического и электролитического воздействия окружающей среды; обычно она протекает одновременно с коррозией бетона, но может протекать и независимо от коррозии бетона. Продукт коррозии арматуры имеет в несколько раз больший объем, чем арматурная сталь, и создает значительное радиальное давление на окружающий слой. При этом вдоль арматурных стержней возникают трещины и отколы бетона с частичным обнажением арматуры.
Мерами защиты от коррозии железобетонных конструкций, находящихся в условиях агрессивной среды, в зависимости от степени агрессии являются: снижение фильтрующей способности бетона введением специальных добавок, повышение плотности бетона, увеличение толщины защитного слоя бетона, а также применение лакокрасочных или мастичных покрытий, оклеечной изоляции, замена портландцемента глиноземистым цементом, применение специального кислотостойкого бетона.
1. Что понимают под предельным состоянием конструкции?
Предельное состояние конструкции - состояние когда конструкция теряет несущую способность, либо становится непригодной к нормальным условиям эксплуатации из за недопустимых деформаций в ней или местных повреждений.
При расчете по этому методу четко устанавливаются предельные состояния конструкций и вводится система расчетных коэффициентов, гарантирующих конструкцию от наступления этих состояний при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик материалов. Прочность сечений также определяется по стадии разрушения, но безопасность работы конструкции под нагрузкой оценивается не одним коэффициентом запаса, а системой расчетных коэффициентов конструкции, запроектированные и рассчитанные по методу предельного состояния, получаются несколько экономичнее.
2. Перечислить расчеты по 1-ой и 2-ой группам предельных состояний и пояснить их суть.
Предельными считаются состояния, при которых конструкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в процессе эксплуатации требованиям, т.е. теряют способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получают недопустимые перемещения или местные повреждения.
Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний: по несущей способности - первая группа предельных состояний; по пригодности к нормальной эксплуатации - вторая группа предельных состояний.
Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить:
хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением);
потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т.п.) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т.п.);
усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющейся нагрузки подвижной или пульсирующей: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т.п.);
разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (периодического или постоянного воздействия агрессивной среды, действия попеременного замораживания и оттаивания и т.п.).
Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить:
образование чрезмерного или продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации образование или продолжительное раскрытие трещин допустимо);
чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний).
Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов или частей производится для всех этапов: изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям и каждому из перечисленных этапов.
3. Привести классификацию нагрузок. Как определяют нормативную и расчетную нагрузки? Какие расчетные сочетания нагрузок составляют?
В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные.
Временные нагрузки, в свою очередь, подразделяют на длительные, кратковременные, особые.
Постоянными являются нагрузки от веса несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, массы и давления грунтов, воздействия предварительного напряжения железобетонных конструкций.
Длительными являются нагрузки от веса стационарного оборудования на перекрытиях - станков, аппаратов, двигателей, емкостей и т.п.; давление газов, жидкостей, сыпучих тел в емкостях; нагрузки в складских помещениях, холодильниках, архивах библиотеках и подобных зданиях и сооружениях; установленная нормами часть временной нагрузки в жилых домах, служебных и бытовых помещениях; длительные температурные технологические воздействия от стационарного оборудования; нагрузки от одного подвесного или одного мостового крана, умноженные на коэффициенты: 0,5 для кранов среднего режима работы и на 0,7 для кранов тяжелого режима работы; снеговые нагрузки для III-IV климатических районов с коэффициентами 0,3 - 0,6. Указанные значения крановых, некоторых временных и снеговых нагрузок составляют часть полного их значения и вводятся в расчет при учете длительности действия нагрузок этих видов на перемещения, деформации, образование трещин. Полные значения этих нагрузок относятся к кратковременным.
Кратковременными являются нагрузки от веса людей, деталей, материалов в зонах обслуживания и ремонта оборудования - проходах и других свободных от оборудования участках; часть нагрузки на перекрытиях жилых и общественных зданий; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и монтаже элементов конструкций; нагрузки от подвесных и мостовых кранов, используемых при возведении или эксплуатации зданий и сооружений; снеговые и ветровые нагрузки; температурные климатические воздействия.
К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия; нагрузки, вызываемые неисправностью или поломкой оборудования и резким нарушением технологического процесса (например, при резком повышении или понижении температуры и т.п.); воздействия неравномерных деформаций основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта (например, деформации просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании), и др.
Нормативные нагрузки устанавливаются нормами по заранее заданной вероятности превышения средних значений или по номинальным значениям. Нормативные постоянные нагрузки принимаются по проектным значениям геометрических и конструктивных параметров и по средним значениям плотности. Нормативные временные - технологические и монтажные нагрузки устанавливаются по наибольшим значениям, предусмотренным для нормальной эксплуатации; снеговые и ветровые - по средним из ежегодных неблагоприятных значений или по неблагоприятным значениям, соответствующим определенному среднему периоду их повторений.
Расчетные нагрузки для расчета конструкций на прочность и устойчивость определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке у; обычно больший единицы.
Сочетание нагрузок. Конструкции должны быть рассчитаны на различные сочетания нагрузок или соответствующие им усилия, если расчет ведется по неупругой схеме. В зависимости от состава учитываемых нагрузок различают: основные сочетания, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок или усилий от них; особые сочетания, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок или усилий от них.
Рассматриваются две группы основных сочетаний нагрузок. При расчете конструкций на основные сочетания первой группы учитываются нагрузки постоянные, длительные и одна кратковременная; при расчете конструкций на основные сочетания второй группы учитываются нагрузки постоянные, длительные и две (или более) кратковременные; при этом значения кратковременных нагрузок или соответствующих им усилий должны умножаться на коэффициент сочетаний, равный 0,9.
При расчете конструкций на особые сочетания значения кратковременных нагрузок или соответствующих им усилий должны умножаться на коэффициент сочетаний, равный 0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования зданий и сооружений в сейсмических районах.
Снижение нагрузок. При расчете колонн, стен, фундаментов многоэтажных зданий временные нагрузки на перекрытия допускается снижать, учитывая степень вероятности их одновременного действия, умножением на коэффициент.
Нормами также допускается снижать временные нагрузки при расчете балок и ригелей в зависимости от площади загружаемого перекрытия.
4. Что учитывается коэффициентом надежности по нагрузкам, каков он по величине?
Расчетные нагрузки для расчета конструкций на прочность и устойчивость определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке гf; обычно больший единицы g=gn гf. Коэффициент надежности от веса бетонных и железобетонных конструкций гf= 1,1; от веса конструкций из бетонов на легких заполнителях (со средней плотностью 1800 кг/м3 и менее) и различных стяжек, засыпок, утеплителей, выполняемых в заводских условиях, гf = 1,2, на монтаже гf = 1,3; от различных временных нагрузок в зависимости от их значения гf = 1,2.1,4. Коэффициент перегрузки от веса конструкций при расчете на устойчивость положения против всплытия, опрокидывания и скольжения, а также в других случаях, когда уменьшение массы ухудшает условия работы конструкции, принят гf = 0,9. При расчете конструкций на стадии возведения расчетные кратковременные нагрузки умножают на коэффициент 0,8. Расчетные нагрузки для расчета конструкций по деформациям и перемещениям (по второй группе предельных состояний) принимают равными нормативным значениям с коэффициентом гf = 1.
5. Как устанавливают нормативное и расчетное сопротивления бетона и арматуры?
Строительные конструкции должны обладать запасом несущей способности, который предохраняет от многих неприятных случайностей и обеспечивает долговечность здании и сооружений. Вот почему в расчетах по прочности сечений используют не нормативные, а более низкие - расчетные сопротивления материалов, взятые с запасом по отношению к нормативным: R=Rn/г, где г коэффициент надежности по прочности. Для бетона гb=1,3 для арматуры гs= (1,05.1,2) в зависимости от класса стали. Значение г тем больше, чем больший разброс прочности материала, или, говоря иначе, чем менее однородна его прочность.
Нормативными сопротивлениями бетона являются сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность) Rbп и сопротивление осевому растяжению Rbtп, которые определяются в зависимости от класса бетона по прочности (при обеспеченности 0,95).
Нормативную призменную прочность определяют по эмпирической формуле
при этом Rbn ? 0,72 В.
Расчетные сопротивления бетона для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по бетону: при сжатии - гbс = 1,3, при растяжении - гbс = 1,5, а при контроле прочности на растяжение - гbс = 1,3. Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
расчетное сопротивление бетона осевому растяжению
Расчетное сопротивление сжатию тяжелого бетона классов В50, В55, В60 умножают на коэффициенты, учитывающие особенность механических свойств высокопрочного бетона (снижение деформаций ползучести), соответственно равные 0,95, 0,925 и 0,9.
При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления бетона Rb и Rbt уменьшают, а в отдельных случаях увеличивают умножением на соответствующие коэффициенты условий работы бетона гbi, учитывающие следующие факторы: особенности свойств бетонов; длительность действия нагрузки и ее многократную повторяемость, условия, характер и стадию работы конструкции; способ ее изготовления, размеры сечения и т.п.
Нормативные сопротивления арматуры Rsп устанавливают с учетом статистической изменчивости прочности и принимают равными наименьшему контролируемому значению: для стержневой арматуры - физического предела текучести или условного предела текучести, для проволочной арматуры - условного предела текучести Нормами установлена доверительная вероятность нормативного сопротивления арматуры 0,95.
Расчетные сопротивления арматуры растяжению для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по арматуре.
Расчетные сопротивления арматуры для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по арматуре = 1.
6. Для чего вводят коэффициент надежности по материалу и коэффициент условий работы, каковы они по величине?
При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления арматуры снижаются или в отдельных случаях повышаются умножением на соответствующие коэффициенты условий работы гs, учитывающие возможность неполного использования ее прочностных характеристик в связи с неравномерным распределением напряжений в сечении, низкой прочностью бетона, условиями анкеровки, наличием загибов, характером диаграммы растяжения стали, изменением ее свойств в зависимости от условий работы конструкции и т.д.
При расчете элементов на действие поперечной силы расчетные сопротивления поперечной арматуры снижают введением коэффициента условий работы гs=0,8, учитывающего неравномерность распределения напряжений в арматуре по длине наклонного сечения. Кроме того, для сварной поперечной арматуры из проволоки классов Вр-1 и стержневой арматуры класса А-III введен коэффициент гs=0,9, учитывающий возможность хрупкого разрушения сварного соединения хомутов.
Расчетные сопротивления арматуры для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по арматуре гs=1.
7. Что учитывается коэффициентом надежности по назначению здания или сооружения?
При проектировании конструкций следует учитывать коэффициент надежности по назначению гn, значение которого зависит от класса ответственности зданий или сооружений. На коэффициент надежности по назначению следует делить предельные значения несущей способности, расчетные значения сопротивлений, предельные значения деформаций, раскрытия трещин или умножать на этот коэффициент расчетные значения нагрузок, усилий или иных воздействий.
...Подобные документы
Общие сведения о железобетоне - строительном материале, состоящем из стальной арматуры и бетона. Технологии изготовления железобетонных изделий, их виды: с обычным армированием и предварительно напряженные. Армирование железобетонных конструкций.
реферат [26,1 K], добавлен 28.11.2013История бетона и железобетона. Изготовление монолитных конструкций. Способы натяжения арматуры. Ползучесть и усадка железобетона. Коррозия и меры защиты от нее. Три категории требований к трещиностойкости. Конструктивные схемы компоновки конструкций.
контрольная работа [5,5 M], добавлен 07.01.2014Концепция развития бетона и железобетона, значение этих материалов для прогресса в области строительства. Особенности технологий расчета и проектирования железобетонных конструкций. Направления и источники экономии бетона и железобетона в строительстве.
реферат [30,2 K], добавлен 05.03.2012Обзор сырьевых материалов и проектирование подбора состава тяжелого бетона. Расчет химической добавки тяжелого бетона, характеристика вещества. Разработка состава легкого бетона. Область применения в строительстве ячеистых теплоизоляционных бетонов.
реферат [110,6 K], добавлен 18.02.2012Применение железобетона в строительстве. Теории расчета железобетонных конструкций. Физико-механические свойства бетона, арматурных сталей. Примеры определения прочности простых элементов с использованием допустимых значений нормативов согласно СНиП.
учебное пособие [4,1 M], добавлен 03.09.2013Сущность железобетона, его особенности как строительного материала. Физико-механические свойства материалов железобетонных конструкций и арматуры. Достоинства и недостатки железобетона. Технология изготовления сборных конструкций, области их применения.
презентация [4,6 M], добавлен 11.05.2014Железобетон как комбинированный материал, состоящий из бетона и арматуры. Принцип работы железобетона. Особенности расчета железобетонных конструкций. Сжатые и растянутые железобетонные элементы, их трещиностойкость и перемещение. Кривизна оси при изгибе.
реферат [1,6 M], добавлен 17.02.2014Изготовление штучных строительных конструкционных изделий и монолитов. Использование легкого пористого высокопрочного саморастущего бетона с регулируемой активностью. Улучшение физико-механических характеристик, упрощение технологии приготовления бетона.
статья [208,2 K], добавлен 01.05.2011Определение и краткая история высокопрочного бетона. Общие положения технологии производства бетонов: значение качества цемента, заполнителей, наполнителей и воды. Основные характеристики структурных элементов бетона. Способы повышения его прочности.
реферат [25,9 K], добавлен 07.12.2013Характеристика цемента, песка, щебня. Нормируемая отпускная прочность бетона. Форма и размеры арматурных изделий и их положение в балках. Материалы пониженного качества. Расход крупного и мелкого заполнителя. Расчет состава бетона фундаментной балки.
курсовая работа [25,4 K], добавлен 08.12.2015Факторы и условия формирования структуры бетона. Водопроницаемость цемента и водостойкость бетона. Особенности структурообразования в цементных растворах. Процесс формирования модифицированных бетонов. Характеристика структуры водостойких бетонов.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 14.03.2019Армирование как способ компенсации недостатков бетона. Основные виды арматуры в железобетонных конструкциях. Принципы получения конструкций из железобетона, критерии их классификации. История изобретения предварительно напряженного железобетона.
реферат [315,2 K], добавлен 01.05.2017Классификация бетона по маркам и прочности. Сырьевые материалы для приготовления бетонов. Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатов. Проектирование, подбор и расчет состава бетона с химической добавкой. Значения характеристик заполнителей бетона.
курсовая работа [52,7 K], добавлен 13.03.2013Определение объемов монолитного железобетона и материальных ресурсов. Опалубочные работы. План фундаментного стакана. Выбор метода выдерживания бетона. Доставка, подача и укладка бетона. Грузовысотная характеристика крана, его сменная производительность.
курсовая работа [748,6 K], добавлен 20.10.2013Первые бетонные постройки. Основные этапы развития технологии бетона в Древнем Риме. Жесткие и малоподвижные бетонные смеси. Применение силикатного, цементно-полимерного, декоративного бетона и фибробетона. Процесс создания новых видов бетонов.
реферат [43,9 K], добавлен 21.07.2011Выбор способа производства сборного и монолитного бетона. Конвейерный и стендовый способы производства железобетонных изделий. Расчет состава керамзитобетона, состава тяжелого бетона и усредненно-условного состава бетона. Проектирование арматурного цеха.
курсовая работа [912,7 K], добавлен 18.07.2011Строительные материалы, применяемые при бетонных работах. Части зданий. Конструкции из монолитного бетона и железобетона. Приготовление и транспортирование бетонной смеси. Производство опалубочных и арматурных работ. Укладка и уплотнение бетонной смеси.
реферат [3,5 M], добавлен 16.03.2015Основные положения технологии строительного производства. Подготовка строительной площадки. Технология разработки грунта, буро-взрывных работ, погружения свай и устройства набивных свай. Технология монолитного бетона и железобетона и каменной кладки.
курс лекций [2,2 M], добавлен 03.02.2011Бетоны на основе неорганических вяжущих веществ. Определение коррозии железобетона. Химическая, биологическая коррозия бетона. Методы защиты бетона от коррозии. Цементизация, силикатизация, битумизация и смолизация. Твердение гидросиликата и кремнезема.
реферат [28,0 K], добавлен 08.06.2011Назначение марки цемента в зависимости от класса бетона. Подбор номинального состава бетона, определение водоцементного отношения. Расход воды, цемента, крупного заполнителя. Экспериментальная проверка и корректировка номинального состава бетона.
контрольная работа [46,7 K], добавлен 19.06.2012
