Плоские рабочие сеткивыпускают шириной до 2,5 м, длиной до 9,0 м, иногда в соответствии с заказом до 12,0 м. Продольные рабочие стержни имеют диаметр 12...25 мм при шаге 200 мм, монтажная арматура обычно диаметром от 8 до 12 мм при максимальном шаге до 600 мм. При необходимости сетки на заводах могут быть подвергнуты дополнительной обработке-- вырезке отверстий, приварке дополнительных стержней и гнутью.

Сетки в виде рулоновимеют широкую номенклатуру по применяемой стали, диаметрам стержней, размерам ячеек и ширине сеток. Длина сеток не оговаривается, но масса отдельного рулона не должна превышать 1200 кг.

Плоские стальные каркасы обычно состоят из продольной арматуры, образующей один или два пояса и соединяющей их решетки в виде отдельных поперечных или непрерывных в виде змейки стержней. Большое количество поперечных стержней в каркасах, соединенных с рабочими стержнями точечной сваркой, создает надежное заанкеривание в бетоне продольных стержней по всей их длине и позволяет отказаться от загибания крюков даже при гладкой арматуре. Рабочая арматура унифицированных каркасов принимается диаметром от 10 до 30 мм, а распределительная-- только диаметром от 10 мм (при сварке возможен пережог стержней меньшего диаметра). Применяют каркасы для армирования линейных конструкций -- балок, прогонов, ригелей, пустотных настилов перекрытий.

Пространственные арматурные каркасысостоят из двух или четырех плоских каркасов, соединенных между собой отдельными стержнями или хомутами. Такие каркасы применяют для армирования колонн, балок, ригелей и фундаментов.

Иногда используют арматурные несущие каркасы, которые вместе с опалубкой называют арматурно-опалубочными блоками. Обычно такое решение принимают при необходимости возвести одиночную конструкцию пролетом в пределах до 9 м. В этом случае для армирования применяют прокатные профили в основном в виде уголков, полосовой и квадратной стали, что позволяет при некотором перерасходе на армирование обойтись без специальных лесов, стоек, поддерживающих опалубочный блок, уменьшить расход лесоматериалов, значительно сократить трудозатраты и сроки производства работ.

Монтажные петли, выполненные из арматуры, являются элементом сборных железобетонных конструкций и предназначены для строповки при подъеме и установке.

Закладные детали -- металлические пластины, присоединяемые к арматурному каркасу конструкции на сварке, необходимы для соединения сборных элементов между собой при возведении зданий и сооружений; стыковку элементов осуществляют сваркой закладных деталей, заделанных в конструкции при их изготовлении.

Хомуты применяют для соединения отдельных рабочих и монтажных стержней в готовый пространственный каркас.

Для армирования предварительно-напряженных конструкций чаще всего используют проволочную арматуру (рис.8.2).

Проволочную арматуру подразделяют на несколько типов:

* арматурная проволока низкоуглеродистая класса В-1 и высокопрочная углеродистая класса В-П;

* проволочные пряди из трех-, семи- и многопроволочных прядей справой свивкой, причем при перерезании пряди их проволоки не раскручиваются;

* проволочные высокопрочные канаты.

В последние годы начинают широко применять и неметаллическую арматуру в виде стекловолокна и асбеста.

4. Соединение арматурных элементов. Способы сварки

Установку арматуры и арматурных изделий осуществляют машинами и механизмами, используемыми на строительной площадке. В отдельных случаях и в неудобных для применения механизмов местах производят ручную укладку арматуры и ее вязку.

Основные способы соединения арматурных стержней между собой -- укладка внахлестку или сварка. Соединение нахлесткой без сварки используют при армировании конструкций сварными сетками или плоскими каркасами с односторонним расположением рабочих стержней арматуры и при диаметре арматуры не выше 32 мм. При этом способе стыкования арматуры величина перепуска (нахлестки) зависит от характера работы элемента, расположения стыка в сечении элемента, класса прочности бетона и класса арматурной стали.

При стыковании на сварке сеток из круглых гладких стержней в пределах стыка следует располагать не менее двух поперечных стержней. При стыковании сеток из стержней периодического профиля приваривать поперечные стержни в пределах стыка не обязательно, но длина нахлестки в этом случае должна быть увеличена не менее чем на пять диаметров свариваемой арматуры. Стыки стержней в нерабочем направлении (поперечные монтажные стержни) выполняют с перепуском в 50 мм при диаметре распределительных стержней до 4 мм и 100 мм -- при диаметре более 4 мм. При диаметре рабочей арматуры 26 мм и более сварные сетки в нерабочем направлении рекомендуется укладывать впритык друг к другу с перекрытием стыка специальными стыковыми сетками с перепуском в каждую сторону не менее 15 диаметров распределительной арматуры, но не менее 100 мм.

При сварке арматуры между собой металл оказывает небольшое сопротивление прохождению электрического тока. В соответствии с законом Джоуля--Ленца для сокращения времени сварки и повышения производительности труда применяют токи большой силы, доходящей до 50 000 А и невысокое напряжение -- не более 30...60 В. При контактной сварке в месте контакта сопротивление движению электрического тока во много раз превышает сопротивление на остальном пути тока, здесь усиленно выделяется теплота, металл разогревается до пластического состояния, пересечение стержней сжимается и происходит их сварка.

В цепи наибольшее сопротивление имеет стык стержней, в этом месте наиболее интенсивно выделяется теплота, которая разогревает торцы стержней до пластического и частично жидкого состояния. При этом металл в месте сварки плавится почти мгновенно, время пропускания, тока измеряется долями секунды. Стержни с силой прижимают друг к другу, в результате чего они свариваются. Для сварки используют специальные трансформаторы, которые понижают напряжение с номинального 220...380В до требуемого и одновременно увеличивают силу тока.

Электрическую энергию можно преобразовать в тепловую двумя способами:

1) пропусканием тока через свариваемые детали; на этом принципе основана контактная сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплотой, выделенной при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые детали;

2) при помощи электрической дуги или сваркой плавлением; нагрев соединяемых элементов осуществляют электрической дугой.

Контактная сварка. Контактная сварка имеет следующие основные разновидности:

* точечная контактная сварка, применяемая для соединения пересекающихся стержней в сетках и каркасах;

* стыковая контактная сварка, которая целесообразна для соединения стержней между собой, когда требуется увеличение их длины, а также ' для сращивания обрезков и стержней между собой.

Точечная контактная сварка. Сущность этой сварки в том, что два стержня (или более) в месте их пересечения зажимают между электродами сварочной машины. При пропускании тока под действием выделяемой теплоты металл стержней в свариваемом месте накаляется докрасна, размягчается и под действием сдавливающего усилия стержни прочно соединяются между собой.

При автоматической сварке подача деталей, их закрепление, процесс кварки и выдача готовых изделий происходит без участия человека. При полуавтоматической сварке детали подают вручную, а готовое изделие после сварки перемещается автоматически.

Стержни, покрытые коррозией и окалиной, предварительно очищают в месте контакта или используют двух импульсную сварку -- при первом импульсе происходит пробой окалины, при втором -- сварка стержней.

Достоинства точечной контактной сварки -- высокая производительность, небольшой расход энергии при использовании токов большой:илы в течение малого отрезка времени, возможность механизации и автоматизации процесса, отсутствие расхода металла на электроды. Сборку, а затем и сварку стыкуемых элементов осуществляют с применением кондукторов, которые обеспечивают точность геометрических размеров взаимное расположение стыкуемых стержней.

Контактная стыковая сварка производится методами непрерывного и прерывистого оплавления.

Сварка методом непрерывного оплавленияотличается тем, что два свариваемых стержня, подключенные к электрической цепи, начинают медленно сближаться до соприкосновения и одновременного замыкания цепи тока. Начавшееся при включении цепи оплавление металла увеличивается при сближении стержней и завершается сильным сжатием оплавившихся концов. Когда сжатие (осадка) достигает необходимой величины, ток отключают, и сваренные стержни вынимают из зажимов машины. Преимущество сварки в том, что сварной шов может быть расположен в любом месте арматурного каркаса или несущей конструкции.

Сварка методом прерывистого оплавления. В результате сближения: разъединения стержней (одновременно замыкания и размыкания электрической цепи), количество которых колеблется от 3 до 20, концы стержней нагреваются и частично оплавляются. Стержни большого диаметра таким образом нагревают до красного или светло-красного каления затем соединяют их под давлением. Предварительный прогрев повышает температуру свариваемых стержней и тем самым понижает мощность, необходимую для сварки. При стыковой сварке стержни, зажатые губками сварочной машины, соединяют по всей поверхности их торцов и после необходимого предварительного прогрева сжимают.

Достоинства стыковой контактной сварки -- высокое качество стыков соединяемых элементов, минимальные затраты электродов и других вспомогательных материалов, возможность механизации и автоматизации процесса сварки, высокая производительность труда.

Дуговая электросварка. Дуговую сварку, т.е. сварку с помощью электрической дуги, которая горит в атмосфере между концом металлического электрода и свариваемой деталью, применяют наиболее часто.

Дуговая электросварка может выполняться как с помощью переменного, так и постоянного тока. Сварка на переменном токе по сравнению сдругими видами наиболее экономична. Для получения электрического тока нужных характеристик вместо сложных и громоздких генераторов постоянного тока применяют легкие, мобильные и более дешевые трансформаторы переменного тока. Дуга представляет собой электрический разряд в газовом пространстве, длящийся продолжительное время, выделяющий большое количество световой энергии и имеющий температуру, доходящую до 6000 °С. Нужная тепловая мощность, исчисляемая тысячами калорий, легко регулируется изменением силы тока. Минимальное напряжение, необходимое для возбуждения дуги, составляет при постоянном токе 30...35 В, а при переменном -- 40...50 В.

Электроды, которые применяют для сварочных работ, имеют специальное покрытие, которое при сварке испаряется, образующиеся пары легко ионизируются и таким образом повышают устойчивость дуги. При плавлении металл электрода стекает и, охлаждаясь, образует на свариваемой поверхности шов, от прочности которого зависит и прочность сварного соединения в целом. Длина дуги оказывает свое воздействие на качество шва. Чем дуга длиннее, тем большее расстояние проходит расплавленный металл от электрода до шва и, поглощая из воздуха кислород и азот, ухудшает свои механические свойства.

Достоинства дуговой сварки -- универсальность, возможность применения в любой точке сложного арматурного каркаса и достижения требуемой прочности сварного шва. Недостатки дуговой сварки -- дополнительный расход металла на электроды, низкая производительность труда, требуется более высокая квалификация сварщиков. Обычно сваривают стержни диаметром 10 мм и более, так как при меньших диаметрах стержней возможен их пережог.

Из существующих способов дуговой сварки наиболее часто встречаются следующие -- внахлестку, с накладками и ванная (рис. 8.3).

Сущность ванного способа сваркизаключается в том, что электрическую дугу возбуждают между торцами свариваемых стержней при помощи электродов. Выделяемая теплота расплавляет металл с торцов стержней и с электрода, в результате чего создается ванна расплавленного металла. Зазор между стержнями принимается равным 1,5...2 диаметра электродах покрытием. Для образования ванны используют инвентарные медные формы и стальные скобы-подкладки. Способ имеет ряд пре имуществ по сравнению с другими видами дуговой сварки -- уменьшается расход металла на стык, снижается расход электродов и электроэнергии, а также трудоемкость и себестоимость. Ванная сварка применима для стержней диаметром от 20 до 80 мм.

При дуговой сварке один из проводников тока присоединен к свариваемым деталям, а другой -- к электроду, зажатому в электродержателе. После включения тока сварщик касается электродом места сварки, замыкая при этом цепь, и сразу же отводит электрод от детали на 2..-А мм. Образующаяся дуга расплавляет стержень электрода и частично свариваемые детали, металл которых соединяется с металлом электрода. Температура у конца металлического электрода достигает 2100 °С, у свариваемых элементов -- 2300 °С, в центре дугового столба -- около 5000...6000 °С.

Напрягаемая арматура

С целью повышения трещиностойкости и несущей способности железобетонных конструкций, а также более полного использования механических свойств арматурной стали и сокращения ее расхода используют предварительное напряжение арматуры. Использование предварительного напряжения арматуры при изготовлении конструкций позволяет железобетону сопротивляться значительным растягивающим напряжениям.

В качестве арматуры используют сталь с высокой прочностью на растяжение, которая натягивается механическим устройством и заливается бетонной смесью. После схватывания сила предварительного натяжения освобожденной стальной проволоки или троса передается окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от нагрузки.

Предварительное напряжение может производиться не только до, но и после схватывания бетонной смеси. Чаще этот метод применяется при строительстве мостов с большими пролетами, где один пролет изготавливается в несколько этапов. Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос или арматуру домкратом натягивают до определенной степени. После этого в чехол закачивается бетонный раствор.

Методы предварительного напряжения арматуры, используемые в строительстве:

· Натяжение на упоры поддона или формы;

· Натяжение на бетон изделия или конструктивного элемента.

Способы натяжения арматуры:

· Механический;

· Электротермический;

· Электротермомеханический.

Арматурные работы при натяжении состоят из:

· Заготовки напрягаемой арматуры и арматурных элементов;

· Соединения арматуры;

· Укладки;

· Натяжения арматуры.

Элементами напрягаемой арматуры являются: рабочая арматура, анкера и зажимы.

17. Железобетон - совместная работа бетона и арматуры. Защитный слой бетона. Сцепление арматуры с бетоном

Основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в конструкции и позволяющим работать железобетону как единому монолитному телу является надежное сцепление арматуры с бетоном.

Совместная работа бетона и арматуры в железобетонной конструкции становится возможной благодаря выполнению следующих условий:

- бетон и арматура имеют достаточно близкие значения коэффициента температурного расширения;

- силы сцепления, возникающие по границе контакта между бетоном и арматурой обеспечивают выполнение условия равенства деформаций арматуры и бетона ec = es при действии усилий от нагрузок.

Совместная работа арматуры и бетона обусловлена, кроме того, правильным определением необходимого количества арматуры, размещаемой в конструкции. Это означает, что должны соблюдается требования по размещению арматурных стержней в сечении элемента и выдержан минимальный коэффициент армирования сечения, определяемый отношением площади арматуры (As) к площади бетона (Ас)

Силы сцепления, приходящиеся на единицу поверхности арматуры, обусловливают напряжения сцепления арматуры с бетоном по длине элемента. Количественно сцепление оценивают величиной соответствующих напряжений сдвига.

Можно выделить следующие факторы, влияющие на величину напряжений сцепления арматурной стали и бетона:

- трение арматуры о бетон, появляющееся в результате контракционной усадки бетона.;

- структурные и искусственно созданные неровности (шероховатость) на поверхности арматурного стержня, вызывающие механическое зацепление;

- адгезия (склеивание) или взаимное притяжение между частицами на стыке двух контактирующих материалов;

- химические взаимодействия между сталью и бетоном.

Как показывают экспериментальные исследования, распределение напряжений сцепления по длине стержня не является равномерным. Это положение имеет важное значение при определении длины анкеровки арматурного стержня в конструкции.

Защитный слой бетона - это прослойка раствора от поверхности сооружения до металлического каркаса. Большое значение для бетонных сооружений имеет их защитный слой, который способствует увеличению продолжительности срока службы зданий и сооружений. Чтобы обеспечить надежную защиту постройкам из бетона, действуют согласно строительным нормам и правилам, а также руководствуются инструкцией по их изготовлению. В противном случае бетонной конструкции грозит разрушение.

Защитный слой бетона нужен для оберегания находящегося в его составе металла в результате влияния окружающей среды. Также используют защитный слой бетона для выполнения таких функций:

? сохранения и увеличения огнеупорности сооружений из бетона с добавлением железной арматуры;

? оснащения фиксации арматурного каркаса в бетонном растворе;

? оберегания металла от воздействия: влажности, нагрева, оттаивания снежных масс, а так же различных агрессивных факторов внешней среды;

? обеспечения объединенной работы бетона с каркасом из арматуры.

1 Сцепление арматуры с бетоном

2 Под сцеплением понимают непрерывную связь между бетоном и арматурой по поверхности контакта этих материалов. В нагруженных железобетонных конструкциях благодаря сцеплению скольжения арматуры в бетоне не происходит.

Сцепление арматуры с бетоном является одним из наиболее важных фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его существование как строительного материала.

Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заделанных в бетоне (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 Схемы испытаний на нарушение сцепления арматуры с бетоном: а -- на выдёргивание; б -- на вдавливание

При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления, которые, как показали исследования, распределяются по длине стержня неравномерно. Наибольшие их значения ф _max действуют на некотором расстоянии от торца и не зависят от длины заделки стержня в бетоне (рис. 4.1).



Рисунок 4.2 Сцепление арматуры с бетоном: а -- арматурный стержень в бетоне; б -- эпюра касательных напряжений сцепления; в - эпюра нормальных напряжений; г -- при арматуре периодического профиля

Надёжное сцепление по опытным данным зависит от трёх следующих факторов:

1. сопротивления бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т. е. механическим зацеплением арматуры за бетон (рис.4.2г); даже сравнительно гладкая арматура имеет неровности, заполняемые бетоном;

2. от сил трения арматуры о бетон, которые вследствие усадки бетона развиваются на поверхности арматуры при попытке выдернуть стержень;

3. от склеивания поверхности арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности геля.

Выявление точного влияния каждого из перечисленных факторов в процентном отношении затруднительно, да и не имеет большого практического значения, так как они проявляются одновременно. Однако наибольшее влияние на прочность сцепления стержней периодического профиля оказывает первый фактор -- он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления.

Сцепление арматуры с бетоном улучшается с повышением класса бетона по прочности на сжатие, с увеличением содержания цемента в единице объёма бетона, с уменьшением W/C. Оно зависит также от способа укладки и условий твердения бетона (например, вибрирование и влажный режим твердения улучшают сцепление). С увеличением возраста бетона ф растет, что объясняется повышением прочности цементного камня и его усадкой.

Сцепление несколько повышает растяжимость бетона, обеспечивает равномерное распределение трещин по длине элемента в случае их появления и ограничивает ширину раскрытия каждой трещины в отдельности, что повышает жесткость железобетонного элемента.

18. Напряжения от усадки и ползучести Ж/Б

3 Усадка, ползучесть бетона, чем они вызваны.Влияние усадки и ползучести на работу ж/б конструкций.

Усадка - свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде. Усадка бетона зависит:

1.количества и вида цемента - чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка

2.количество воды - чем больше отношение вода/цемент, тем больше усадка.

3.крупности заполнителя-при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше

4.присутствие различных гидравлических добавок и ускорителей твердения - они, как правило, увеличивают усадку

Ползучесть - это свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях. Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой.

Влияние ползучести на работу ж/б элементов:

”-” в изгибающих элементах ползучесть приводит к увеличению прогибов; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов и снижение несущей способности ;в преднапряженных конструкциях ползучесть приводит к потерям предварительного напряжения

“+”в статически неопределимых системах ползучесть смягчает концентрацию напряжений ; в коротких центрально сжатых элементах ползучесть способствует более полному использованию прочности арматуры.

Влияние усадки на работу ж/б элементов: Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадке способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах ж/б элементов,которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определяемой ж/б конструкции. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов.

Коррозия бетона подразделяется на три основных вида: коррозия выщелачивания, кислотная и солевая. Основным критерием такой классификации является степень ухудшения его характеристик и свойств.

- I вид коррозии бетона -- обусловлен выщелачиванием -- под воздействием пресной воды (мягких вод) растворяются основные составные компоненты цементного камня и проникают сквозь толщу бетона наружу в процессе фильтрации. Характерным внешним признаком этого вида коррозии является появление белого налёта на поверхностях бетонных конструкций в местах выхода воды при фильтрации

- II вид коррозии бетона происходит вследствие химических реакций (обменных процессов) между компонентами цементного камня и раствора, при этом образуются легкорастворимые компоненты, вымываемые из бетона, или продукты без вяжущих (скрепляющих) свойств, ослабляя в конечном итоге структуру цементного камня.

- III вид коррозии бетона наступает при постепенном накоплении и кристаллизации солей в капиллярах, порах и трещинах цементного камня, которые способствуют возникновению напряжению и внутреннему разрушению железобетона -- наиболее часто наблюдается в морских сооружениях. В процессе развития коррозии третьего вида структура бетона претерпевает значительные изменения. Уменьшается пористость, появляются трещины параллельно поверхности.

Коррозионная стойкость бетонных и железобетонных конструкций и элементов их сопряжений обеспечивается мерами первичной и вторичной защиты.

Первичная защита: Защита строительных конструкций от коррозии, реализуемая на стадии проектирования и изготовления (возведения) конструкции.

Вторичная защита: Защита строительной конструкции от коррозии, реализуемая после изготовления (возведения) конструкции. Выполняется при недостаточности первичной защиты.

Первичная защита строительных конструкций от коррозии должна осуществляться в процессе проектирования и изготовления конструкций и включать в себя выбор конструктивных решений, снижающих агрессивное воздействие, и материалов, стойких в среде эксплуатации.

Вторичная защита строительных конструкций включает в себя мероприятия, обеспечивающие защиту от коррозии в случаях, когда меры первичной защиты недостаточны. Меры вторичной защиты включают в себя применение защитных покрытий, пропиток и другие способы изоляции конструкций от агрессивного воздействия среды.

Специальная защита включает в себя меры защиты, не входящие в состав первичной и вторичной защиты, различные физические и физико-химические методы, мероприятия, понижающие агрессивное воздействие среды (местная и общая вентиляция, организация стоков, дренаж), вынос производства с выделениями агрессивных веществ в изолированные помещения и др.

К мерам первичной защиты относится:

· применение материалов для бетона и железобетона, стойких к воздействию агрессивной среды;

· применение добавок, повышающих коррозионную стойкость бетона и его защитную способность по отношению к стальной арматуре и стальным закладным деталям и соединительным элементам;

· снижение проницаемости бетона;

· соблюдение дополнительных расчетных и конструктивных требований при проектировании конструкций.

К мерам вторичной защиты относится защита поверхностей конструкций:

· лакокрасочными покрытиями;

· оклеечной изоляцией из листовых и плёночных материалов;

· обмазочными и штукатурными покрытиями на основе цементных и полимерных вяжущих, жидкого стекла, битума;

· облицовкой и штучными или блочными изделиями из керамики, шлакоситала, стекла, каменного литья, природного камня;

· уплотняющей пропиткой поверхностного слоя бетона конструкций химически стойкими материалами;

· обработкойгидрофобизирующими составами;

· обработкой препаратами - биоцидами.

Вторичная защита применяется в тех случаях, когда защита от коррозии не может быть обеспечена мерами первичной защиты. Вторичная защита, как правило, требует возобновления во времени.

Расчет по допускаемым напряжениям

Этот метод основан на предпосылке работы железобетона как упругого материала, но с приближенным учетом основных свойств железобетона. Сечения подбираются из условия, чтобы полученные из расчета напряжения в бетоне и арматуре не превосходили допускаемых напряжений.

Методика расчета железобетонных сечений по допускаемым напряжениям с незначительными изменениями просуществовал до 30-х годов, за рубежом - до 50-х годов.

Основные положения:

1. Принята гипотеза плоских сечений (гипотеза Бернулли), согласно которой сечения до и после изгиба остаются плоскими. Таким образом, здесь пренебрегают искривлением сечений, которое возникает вследствие влияния поперечных сил, неоднородности бетона, наличия двух материалов с совершенно различными упругими свойствами, усадки бетона, трещин в растянутой зоне и других причин.

2. Сечение, состоящее из двух материалов (бетона и стали) приводится к одному материалу. Приведение стали к бетону производится с помощью коэффициента приведения a = Еs / Eb, где Еs и Еb - модули упругости арматуры и бетона (начальный).

3. Принимается справедливым закон Гука для сжатой зоны бетона - линейная зависимость между напряжениями и деформациями, эпюра нормальных напряжений - треугольная (рис. 4.1).

4. Работа растянутого бетона не учитывалась.



В соответствии с подобием треугольников, изображенных на рис. 5.1:

Краевое напряжение в бетоне определяется как для приведенного однородного сечения:

Напряжения в растянутой и сжатой арматурах:

Момент инерции приведенного сечения равен:

Статический момент приведенного сечения равен нулю:

Напряжения в бетоне и арматуре ограничиваются допускаемыми напряжениями, которые устанавливаются как некоторые доли временного сопротивления бетона сжатию и предела текучести арматуры:

Сущность расчета прочности заключается в сравнении напряжений в бетоне и арматуре от внешней нагрузки с соответствующими допускаемыми напряжениями:

- напряжения в бетоне ;

- напряжения в растянутой арматуре .

Достоинства метода расчета по допускаемым напряжениям:

1. Появилась возможность рассчитывать конструкцию без разрушения подобного ей образца;

2. Расчет давал представление о поведении конструкций в стадии эксплуатации;

3. Достаточная простота расчета;

4. Расчет обеспечивал достаточную надежность конструкций.

Недостаткиметода расчета по допускаемым напряжениям:

1. Не учитывалась реальная работа железобетона как неоднородного материала с упруго-пластическими свойствами;

2. Не учитывалась изменчивость нагрузок и сопротивлений материалов;

3. Сопоставление расчетных величин с результатами опытов показывало, что напряжения в арматуре железобетонных элементов, полученное по расчету, всегда больше действительных, что приводит к перерасходу стали. Коэффициент приведения незначительно и неточно отражается на величинах напряжений в арматуре и бетоне.

Расчет по разрушающим нагрузкам.

Основные гипотезы:

1. Метод расчета сечений исходит из стадии IIIНДС при изгибе.

2. Напряжения в бетоне растянутой зоны принимают равными нулю;

3. В основу положен метод предельного равновесия.

4. В расчетные формулы вместо допускаемых напряжений вводят предел прочности бетона при сжатии и предел текучести арматуры.

Расчетное сопротивление бетона сжатию принято:

· для изгибаемого элемента ;

· сопротивление бетона сжатию (призменная прочность) - ;

· сопротивление, равное физическому пределу текучести =

Эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны вначале принималась криволинейной, а затем была принята прямоугольной.

Для изгибаемого элемента с любым симметричной формы сечением высоту сжатой зоны определяют из 1-ого уравнения равновесия внутренних усилий в стадии разрушения. Разрушающий момент определяют как момент внутренних усилий относительно оси, проходящей через цент тяжести растянутой арматуры (2-е уравнение).

где

Для прямоугольных и тавровых сечений с полкой в сжатой зоне граничное значение высоты сжатой зоны .

На практике нужны менее жесткие условия, тогда вместо второго уравнения можно записать условие:

где несущая способность железобетонной конструкции, зависящая отгеометрических размеров и прочности материала.

Предельное равновесие работает в узком диапазоне, т.е.

, где.

При расчете этим методом в формулах учитывают запас прочности - единый для элемента в целом. Коэффициент запаса прочности был установлен нормами в зависимости от причины разрушения конструкции, сочетания силовых воздействий и отношения усилий от временных нагрузок к усилиям от постоянных нагрузок.

где .

В расчетах сечений по разрушающим усилиям внутренние усилия M,Q,Nот нагрузки определяют также в стадии разрушения конструкции, т.е. с учетом образования пластических шарниров. Для многих видов конструкций - плит, неразрезных балок, рам - такого рода расчеты дают существенный экономический эффект.

Достоинства метода расчета:

Данный метод, учитывающий упругопластические свойства железобетона, более правильно отражает действительную работу сечений конструкций под нагрузкой и является серьезным развитием в теории сопротивления железобетона. Большим преимуществом этого метода является возможность определения близкого к действительности общего коэффициента запаса прочности. При расчете по разрушающим усилиям в ряде случаев получается меньший расход арматурной стали по сравнению с расходом стали по методу допускаемых напряжений.

Недостатки метода расчета:

1. Не охвачена жесткость и трещиностойкость конструкций.

2. Коэффициент запаса складывается из разных коэффициентов

где коэффициент по нагрузкам и воздействиям;

коэффициент по прочности бетона и т.д.

Возможные отклонения фактических нагрузок и прочностных характеристик материалов от их расчетных значений не могут быть явно учтены при одном общем синтезирующем коэффициенте запаса прочности. При необходимой замене какого-нибудь , приходится менять все коэффициенты, составляющие коэффициент запаса.

Сущность методав том, что устанавливаются предельные состояния и вводится система расчетных коэффициентов, гарантирующих конструкцию от наступления этих предельных состояний при самых невыгодных сочетаниях нагрузок и минимальной прочности материалов.

Предельнымназывают такое состояние конструкции, при котором она (конструкция) перестает отвечать предъявляемым к ней требованиям (например, в ней образуются трещины, когда они недопустимы по условиям эксплуатации; либо ее прогибы превышают предельно допустимые; либо конструкция разрушается).

Установлены две группы предельных состояний, у каждой из которых свои определенные задачи, и в каждую из которых входит несколько расчетов, обеспечивающих достижение этих задач.

Первая группа предельных состояний называется - предельные состояния по несущей способности (иначе его называют - по пригодности к эксплуатации).

Расчет по 1 группе предельных состояний выполняют, чтобы гарантировать несущую способность конструкции, то есть предотвратить следующие явления:

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности);

потерю устойчивости конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций) 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 повторяющихся подвижных или пульсирующих нагрузок: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов или перекрытий под неуравновешенными машинами)

разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных воздействий внешней среды (агрессивность среды, попеременное замораживание и оттаивание и т.п.).

Вторая группа предельных состояний объединяет предельные состояния по пригодности к нормальной эксплуатации конструкций.

Во вторую группу входят расчеты:

по образованию трещин;

по раскрытию трещин;

по закрытию трещин;

по деформациям.

Как видно из названий этих расчетов, их задача состоит в обеспечении нормальной эксплуатации конструкций или оборудования, расположенного на них.

Для предельных состояний I группы условие прочности обеспечивается, если усилие, возникающее в элементе от внешних воздействий, не будет превышать предельного усилия, которое может выдержать элемент, т. е. при соблюдении неравенства:

,

где F - усилие от расчетных нагрузок (M, N или Q); F_u - предельное усилие, которое может выдержать элемент (минимальная несущая способность сечения элемента).

По II группе предельных состояний выполняют расчеты по образованию трещин, раскрытию трещин и расчет по перемещениям.

Считается, что трещины, нормальные к продольной оси, не появляются, если усилие, возникающее в элементе от внешних воздействий, не будет превышать внутреннего усилия, которое может воспринять сечение перед образованием трещин:

,

где F - усилие от нормативных нагрузок (M или N); F_crc - внутреннее усилие, которое может выдержать элемент перед образованием трещин, т.е. при напряжениях в растянутой зоне сечения равных R_btn.

Считается, что ширина раскрытия трещин, возникающих в элементе от внешних воздействий, не будет превышать допустимой, если ее значение меньше предельной:

,

где a_crc - расчетное значение ширины раскрытия трещины; a_crc,u - предельно допустимая ширина раскрытия трещины (приведена в СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»).

Расчет по перемещениям заключается в определении прогиба элемента и сравнении его с предельным прогибом:

,

где f - прогиб элемента от внешних воздействий; f_u - предельный прогиб элемента, допустимый по условиям эксплуатации (приведен в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»)

Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки.

1. По природе возникновения:

а) технологические (от веса людей в жилых и общественных зданиях, оборудования и кранов в промышленных зданиях);

б) атмосферные (от снега, ветра, изменений температуры, гололед);

в) собственный вес несущих и ограждающих конструкций;

г) сейсмические, взрывные воздействия, пожар, просадка грунтов.

2. По длительности нагрузки бывают:

а) постоянные (собственный вес, давление грунтов, предварительное напряжение);

б) временные:

- длительные (вес стационарного оборудования на перекрытиях; давление газов, жидкостей, сыпучих тел; длительная часть крановых, снеговых нагрузок и т.д.);

- кратковременные (люди, кратковременная часть крановых, снеговых нагрузок, ветровые нагрузки);

- особые (сейсмические, взрывные воздействия, отказ оборудования, просадка оснований).

3. По направлению:

а) вертикальные (нагрузки от веса конструкций и временные (полезные) нагрузки);

б) горизонтальные (ветровая нагрузка);

в) наклонные.

4. По качеству:

а) распределенные;

б) сосредоточенные.

5. По применению в расчетах:

а) нормативные;

б) расчетные.

В сравнении с прямоугольным тавровое сечение значительно выгоднее, ибо при одной и той же несущей способности, несущая способность железобетонного элемента не зависит от площади сечения бетона растянутой зоны, расходуется бетона меньше вследствие сокращения размеров растянутой зоны. По той же причине более целесообразно тавровое сечение с полкой в сжатой зоне, так как полка в растянутой зоне не повышает несущей способности элемента. Тавровое сечение, как правило, имеет одиночное армирование. При большой ширине полок участки свесов, более удаленные от ребра, напряжены меньше. Поэтому в расчет вводят эквивалентную ширину свесов полки. Она принимается равной: в каждую сторону от ребра -- не более половины расстояния в свету между ребрами с и не более 1/8 пролета рассчитываемого элемента. Нижняя граница сжатой зоны располагается в пределах полки, т. е. в сечениях с развитыми свесами. В этом случае тавровое сечение рассчитывают как прямоугольное, поскольку площадь бетона в растянутой зоне на несущую способность не влияет.

Расчет прямоугольного сечения

Высоту сжатой зоны х определяют из уравнения равенства нулю суммы проекций всех нормальных усилий на продольную ось элемента:

.

Рис. 27 Прямоугольное сечение с одиночной арматурой и схема усилий.

Условие прочности по сжатой зоне:

. (1)

Условие прочности по растянутой арматуре:

. (2)

Данные формулы применяют при условии .

В практике для расчета прямоугольных сечений с одиночной арматурой используют табличный метод. С этой целью формулы (1) и (2) преобразуют следующим образом:

,

где ;;.

. (3)

.

. (4)

Для коэффициентов ,исоставлена таблица (приложение 1). По формуле (3) определяют, затем по таблице в зависимости отнаходят соответствующиеи. Проверяют условие. Если условие выполняется, находят требуемое количество арматуры по формуле (4).

Расчет таврового сечения

СЛУЧАИ РАСЧЕТА:

а. граница сжатой зоны проходит в полке.

б. граница сжатой зоны проходит в ребре.

Положение границы определяют по формуле м ? м_f' - 1см, м >мf' - 2см

м_f' =R_b*b_f'*h_f'(h₀-0,5h_f'), изгибаемый момент воспринимается элементом при полностью сжатой полке.

R_b - расчетное сопротивление бетона

h_f' - высота полки

h₀ -рабочая высота балки

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

1.Определяем максимальный изгибающий момент ql_p²/8 и определяем расчетный случай (мf')

- Прямоугольное сечение 1см

2.Определяем коэффициент б₀ = м /R_b*?_b2*b*h₀²

3.По таблице определяем б_0r и проверяем б₀ = б_0r, если не выпоняется меняем сечение или материалы.

4.По таблице находим ??

5.Определяем требуемую площадь арматуры А_s= м / ??*h₀*R_s

- Прямоугольное сечение 2см

2.Определяем коэффициент б₀ = (м-R_b*?_b2*(b_f'-b)*h_f'*(h₀-0,5h_f'))/ R_b*?_b2*b*h₀²

3.По таблице определяем б0r и проверяем б0 = б0r, если не выпоняется меняем сечение или материалы.

4.По таблице находим ??

5.Определяем требуюмую площадь арматуры А_s=( R_b*?_b2*b*??*h₀+R_b*?_b2(b_f'-b)h_f')/R_s





Балочные сборные перекрытия

В состав балочного сборного перекрытия входят панели (плиты) и поддерживающие их балки, называемые ригелями. Ригели могут опираться на колонны (в зданиях с полным каркасом) или на внутренние колонны и наружные несущие стены (в зданиях с неполным каркасом) (рис. 9.1, а). Проектирование перекрытия включает в себя компоновку конструктивной схемы, расчет панелей, ригелей, узлов сопряжения их с колоннами, конструирование и т. п.

Рис. 9.1 Конструктивные схемы сборных балочных перекрытий: 1 -- панели перекрытия; 2 -- ригели; 3 -- колонны

¦ Компоновка конструктивной схемы перекрытия. Компоновка состоит из выбора сетки колонн, направления ригелей, типа и ширины панелей. Это делается на основании соображений технологического характера (назначения здания -- производственное, жилое, общественное), значений нагрузки, обеспечения пространственной жесткости и требований экономики. При выборе сетки колонн должны соблюдаться требования типизации и унификации.

Направление ригелей может быть продольным (вдоль здания) (рис. 9.1, б) и поперечным (рис. 9.1, в). Устройство ригелей поперек здания обеспечивает его повышенную пространственную жесткость. Такое расположение целесообразно в зданиях с большими оконными проемами в продольных несущих стенах, поскольку в этих случаях на оконные перемычки не будет передаваться нагрузка от панелей перекрытия. Продольное расположение ригелей в вытянутых в плане зданиях позволяет сократить число монтажных единиц, способствует улучшению освещенности помещений и т. п.

Для выбора конструктивной схемы перекрытия разрабатывают несколько вариантов таких схем и на основании технико-экономического сравнения принимают наиболее экономичный. Наибольший расход бетона в перекрытии (около 65%) приходится на панели, поэтому разработка их рациональных решений имеет особо важное значение. Это достигается прежде всего за счет удаления возможно большего количества бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность и жесткость элемента, а также совершенствованием технологии изготовления конструкции и т. п.

¦ Расчет и конструирование панелей. По форме поперечного сечения различают ребристые, многопустотные и сплошные панели.

? Ребристые панели применяют преимущественно в промышленных зданиях. Ширина панелей 1,0...1,8 м через 0,1 м, высота сечения панелей 25...35 см (рис. 9.2, а).

? Многопустотные панели, имеющие гладкие потолочные поверхности, применяют главным образом в гражданском строительстве. Наибольшее распространение получили панели с круглыми пустотами (рис. 9.2, б) шириной 1,4...2,4 м через 0,1 м, высотой сечения 20...24 см. Панели с овальными пустотами (рис. 9.2, б), несмотря на лучшие показатели по расходу материалов, менее технологичны в изготовлении и в последнее время применяются редко.

? Сплошные панели могут быть однослойные (рис. 9.2, г) и двухслойные с верхним слоем из легкого бетона; последние обладают высокими теплоизоляционными свойствами, малой звукопроводностью и применяются в чердачных перекрытиях.

Рис. 9.2 Конструкции сборных панелей перекрытия: 1 -- напрягаемая арматура; 2 -- расчетное сечение

Ширину плит при заданном типе и пролете назначают с учетом возможностей подъемно-транспортного оборудования таким образом, чтобы масса плиты не превышала 1,5; 3; 5 т.

Все типы панелей с точки зрения статического расчета представляют собой однопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой, максимальные усилия в которой будут

где q=(g+v)b'_f -- полная нагрузка на 1 м плиты; g -- постоянная нагрузка, кН/м₂; v -- временная нагрузка, кН/м₂; b?_f--ширина панели; l₀ -- расчетный пролет, равный расстоянию между линиями действия опорных реакций.

Высота сечения предварительно напряженных панелей (1/20...1/30)l₀.

После установления размеров сечения плиты, задавшись классом рабочей арматуры и бетона, выписывают их расчетные характеристики; затем производят расчет прочности плиты по нормальным и наклонным сечениям. При расчете по нормальным сечениям для ребристой плиты вводят эквивалентное тавровое сечение (см. рис. 9.2, а), а для многопустотной -- двутавровое (см. рис. 9.2, б). Расчетную ширину сечений принимают равной суммарной толщине всех ребер. В ребристых панелях производят также расчет прочности верхней полки на местный изгиб. В этом случае при отсутствии поперечных ребер из полки плиты мысленно выделяют полосу шириной 100 см (см. рис. 9.2, а), расчет которой производят как частично защемленной по концам балки пролетом l=b'_f--b на действие пролетного и опорного моментов M=ql²/11. Далее выполняют расчет прогибов, трещиностойкости и проверку прочности плиты на монтажные нагрузки.

Класс бетона панелей В15...В25. Армируют панели сварными каркасами и сетками из горячекатаной арматуры периодического профиля и обыкновенной проволоки. Рабочая продольная арматура панелей без предварительного напряжения -- класса A-III, предварительно напряженных -- высокопрочная стержневая и канатная К-7. Сварные сетки плит укладывают в полках, каркасы -- в ребрах. Монтажные петли из арматуры класса A-I закладывают по четырем углам и приваривают к основной арматуре. Швы между панелями заполняют бетоном. Длину опирания панелей на кирпичные стены определяют расчетом кладки на местное смятие и принимают не менее 75 мм для панелей пролетов до 4 м и не менее 120 мм -- для больших пролетов. В целях устранения местных напряжений при опирании вышележащих стен пустоты панелей в пределах опоры заделывают кирпичной кладкой, бетоном и т. п.

24. Расчет и конструирование сборных ребристых железобетонных плит



Применяются при переменных нагрузках свыше 7 кПа.

Длина 6-12 м.

Ширина 1-1,6(3)м кратно 100мм.

В расчет плиты входят:

1. Расчет полки плиты

2. Расчет поперечного ребра:

1. Определение площади продольной арматуры

2. Расчет прочности ребра на действие поперечной силы

3. Расчет продольного ребра

1. Определение нагрузок

2. Определение усилий в продольном ребре плиты

3. Подбор продольной напрягаемой арматуры

4. Проверка прочности нормального сечения продольного ребра плиты в стадии эксплуатации

5. Расчет прочности продольного ребра в стадии эксплуатации на действие поперечной силы

Расчетный пролет плит l₀ принимают равным расстоянию между осями ее опор.

Высота сечения плиты h должна быть подобрана так, чтобы наряду с условиями прочности были удовлетворены требования жесткости (предельных прогибов). При пролетах 5…7 м высота сечения плиты определяется главным образом требованиями жесткости.

При расчете прочности по изгибающему моменту ширина ребра равна суммарной ширине всех ребер плиты. В ребристой панели ребрами вниз при толщине полки h'_f /h<0,1, но при наличии поперечных ребер, вводимую в расчет ширину полки принимают равной полной ширине панели.

Расчет прочности плит сводится к расчету таврового сечения с полкой в сжатой зоне. В большинстве случаев нейтральная ось проходит в пределах толщины сжатой полки, поэтому, определив

находят ж и затем определяют площадь растянутой арматуры.

25. Ж/Б балочные сборные перекрытия. Расчет и конструирование многопустотных плит

В состав балочного сборного перекрытия входят панели (плиты) и поддерживающие их балки, называемые ригелями. Ригели могут опираться на колонны (в зданиях с полным каркасом) или на внутренние колонны и наружные несущие стены (в зданиях с неполным каркасом) (рис. 9.1, а). Проектирование перекрытия включает в себя компоновку конструктивной схемы, расчет панелей, ригелей, узлов сопряжения их с колоннами, конструирование и т. п.

Выбор экономичной формы поперечного сечения панелей. Плиты перекрытий для уменьшения расхода материалов проектируют облегченными -- пустотными или ребристыми (рис. XI.3, а). При удалении бетона из растянутой зоны сохраняют лишь ребра шириной, необходимой для размещения сварных каркасов - и обеспечения прочности панелей по наклонному сечению. При этом плита в пролете между ригелями работает на изгиб как балка таврового сечения (рис. XI.3.6). Верхняя полка плиты также работает на местный изгиб между ребрами. Нижняя полка, образующая замкнутую пустоту, создается при необходимости устройства гладкого потолка.

Плиты изготовляют с пустотами различной формы: овальной, круглой и т. п. В панелях значительной ширины устраивают несколько рядом расположенных пустот (рис. XI.3,0).

Ширину плит при заданном типе и пролете назначают с учетом возможностей подъемно-транспортного оборудования таким образом, чтобы масса плиты не превышала 1,5; 3; 5 т.

Все типы панелей с точки зрения статического расчета представляют собой однопролетную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой, максимальные усилия в которой будут

Высота сечения предварительно напряженных панелей (1/20...1/30)l₀.

...