Ответы на экзамен по ЖБК. 1. Сущность железобетона

• Название: 1. Сущность железобетона
• Анкор: Ответы на экзамен по ЖБК
• Дата: 18.10.2022
• Размер: 1.3 Mb.
• Имя файла: Ответы на экзамен по ЖБК.doc
• Тип: Документы; #738743
• страница: 1 из 5

1. Сущность железобетона

Прочность бетона на растяжение в 15-20 раз ниже, чем прочность на сжатие. Предельная растяжимость бетона (0,15 мм на 1 м), а предельная сжимаемость (2 мм на 1 м). Низкая прочность на растяжение не позволяет использовать неармированный бетон в конструкциях, испытывающих растяжение. Поэтому из бетона выполняют конструкции, воспринимающие сжимающие усилия: стены, фундаменты, колонны, подпорные стенки и др.

Разрушение бетонных балок происходит от разрыва нижних наиболее растянутых волокон (рис. 1, а). При этом несущая способность сжатой зоны балки используется не более чем на 5…7%. Поэтому растянутую зону балки усиливают путем введения упрочняющих элементов, чаще всего, в виде стальной арматуры. Относительное удлинение стальной арматуры при растяжении в тысячу раз превышает относительное удлинение бетона.

При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны бетона (рис. 1, б).




а)


б)

Рис. 1. Схема разрушения балки:

а – бетонной; б – железобетонной; 1 – нулевая (нейтральная линия), 2 – сжатая зона балки; 3 – растянутая зона балки; 4 – нормальные трещины; 5 – наклонные трещины; 6 – стальная арматура; 7 – разрушение бетона сжатой зоны.
Железобетон – это комплексный строительный материал, в котором бетон и арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон предназначается для восприятия преимущественно сжимающих усилий, а арматура – растягивающих. В этом и заключается сущность железобетона.

К достоинствам железобетонных конструкций относятся:

• 
  доступность и низкая стоимость исходного сырья;
  
• 
  высокая прочность;
  
• 
  большая долговечность;
  
• 
  высокая степень огнестойкости, при t=1000 ^оС металл теряет несущую способность через 45 мин., железобетон – 2ч.
  
• 
  унификация (однотипные конструкции удовлетворяющие нужды самого разного назначения) и повышение индустриальности (возможность механизированного и автоматизированного изготовления) монтажа конструкций;
  
• 
  гигиеничность;
  

Недостатки железобетонных конструкций.

• 
  трудность утилизации;
  
• 
  высокая масса конструктивных элементов, требующая использования грузоподъемных механизмов большой мощности;
  
• 
  большая трудоемкость при изготовлении;
  
• 
  большая звуко- и теплопроводность.
  
• 
  сложность транспортировки.
  

Условия совместной работы бетона и арматуры

В железобетоне необходимо обеспечить совместность работы цементного камня и арматурных стержней и не допустить их проскальзывания в теле бетона. Это достигается за счет:

1. 
   приклеивания арматурных стержней к бетону цементным гелем в процессе твердения бетона;
   
2. 
   примерное равенство коэффициентов температурного удлинения (укорочения) бетона и арматуры, так как в материалах с разными коэффициентами линейных температурных деформаций при перепадах температуры возникают собственные напряжения, что снижает сцепление между материалами.
   
3. 
   использование арматуры периодического профиля.
   
4. 
   анкеровка арматуры в теле бетона
   

Анкеровка – это закрепление концов арматуры в бетоне.

Анкеровка обеспечивается:

• 
  выступами периодического профиля арматуры;
  
• 
  загибами арматуры (класс A - I);
  
• 
  стержнями поперечного направления;
  
• 
  при помощи специальных анкеров на концах стержней.
  

Структура и свойства бетона

Структура бетона представляет собой пространственную решетку из цементного камня, заполненную зернами песка и щебня различной крупности и формы, пронизанную большим числом микропор и капилляров, которые содержат химически несвязанную воду, водяные пары и воздух.

Поры и пустоты в теле бетонного элемента возникают вследствие интенсивного испарения воды в ходе химической реакции твердения бетона. Эти поры и пустоты являются концентраторами напряжений и служат причиной микротрещины образования в бетоне, в дальнейшем отдельные локальные трещины в местах пор, увеличивающиеся по длине, объединяющиеся в магистральные с становятся видимые на поверхности элемента. С целью недопущения этого явления в теплое время года применяют поливку уложенного бетона за 2 раза.



Е=_{ }

R_b-сопротивление сжатию. Основной характеристикой бетона, нормируемой по СНиП, является его сопротивление сжатию.
2. Краткий исторический обзор

Железобетон появился сравнительно недавно и почти одновременно в Европе и Америке. Его история насчитывает не более 150 лет. Появление железобетонных конструкций связано с большим ростом промышленности, транспорта и торговли во второй половине XIX в.

Исследования покрытий Царскосельского Дворца показали, что русские мастера еще в 1802 г. применяли армированный бетон, однако они не считали, что получили новый строительный материал, и не патентовали его.

Первым изделием из железобетона была лодка, построенная Ламбо во Франции в 1850 г. Первые патенты на изготовление изделий из железобетона были получены Монье в 1867... 1870 гг. В России железобетон стали применять с 1886 г. для перекрытий по металлическим балкам.

Конец XIX в. можно считать началом первого этапа в развитии железобетона. С этого времени повсеместно вошел в практику и метод расчета бетонных конструкций по допустимым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов.

В 1904 г. в г. Николаеве по проекту инженеров Н. Пятницкого и А. Барышникова был построен первый в мире морской маяк из монолитного железобетона высотой 36 м, со стенами толщиной 10 см вверху и до 20 см внизу.

Впервые идея предварительного напряжения элементов, работающих на растяжение, была выдвинута и осуществлена в 1861 г. русским артиллерийским инж. А. В. Гадолиным применительно к изготовлению стальных стволов артиллерийских орудий.

Примерно в 1928 г. железобетон стал широко использоваться в строительстве тонкостенных пространственных конструкций: разнообразных оболочках, складах, шатрах, сводах и куполах. Первый тонкостенный купол значительного диаметра (28 м) был построен в 1929 г. в Москве для планетария, а самый большой в то время гладкий купол диаметром 55, 5 м был сооружен в 1934 г. над зрительным залом театра в Новосибирске. Конструкцию купола разработал инж. Б. Ф. Матери по идее и под руководством П. Л. Пастернака.

Применение в строительстве рамных и тонкостенных пространственных систем с использованием их жесткости и монолитности следует считать вторым этапом в развитии железобетона.

В 1936 г. в СССР впервые был применен предварительно напряженный железобетон для изготовления опор канатной сети на закавказских железных дорогах.

Широкую индустриализацию железобетонного строительства, развитие предварительно напряженных конструкций, внедрение высокопрочных материалов и разработку нового метода расчета железобетонных конструкций следует считать началом третьего этапа в развитии железобетонных конструкций. Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1965 г. башня Большого московского телецентра общей высотой 522 м.

Железобетонные конструкции широко используют в капитальном строительстве при воздействии температур не выше 50 °С и не ниже -70 °С. В каждой отрасли промышленности и жилищно-гражданском строительстве имеются экономичные формы конструкций из сборного, монолитного или сборно-монолитного железобетона.

3. Прочностные и деформативные характеристики бетона

Для обеспечения долговечной и нормальной эксплуатации бетон для железобетонных конструкций должен иметь необходимые для этого физико-механические свойства:

• 
  прочность;
  
• 
  хорошее сцепление с арматурой;
  
• 
  непроницаемость для защиты арматуры от коррозии;
  
• 
  специальные требования: морозостойкость, жаростойкость, коррозионная стойкость и др.
  

Классификация бетонов

1. 
   По структуре: плотные; крупнопористые; поризованные; ячеистые.
   
2. 
   По плотности: особо тяжелые (ρ > 2500 кг/м³); тяжелые (ρ = 2200 ÷ 2500 кг/м³); облегченные (чаще мелкозернистые) (ρ = 1800 ÷ 2200 кг/м³); легкие (ρ = 800 ÷ 1800 кг/м³).
   
3. 
   По виду заполнителей: на плотных заполнителях (щебень, песок, гравий); на пористых заполнителях (естественных – пемза, перлит, ракушечник; искусственных – керамзит, шлак); на специальных заполнителях.
   
4. 
   По зерновому составу: крупнозернистые; мелкозернистые.
   
5. 
   По условиям твердения: бетоны естественного твердения; бетоны, подвергнутые тепловлажностной обработке при атмосферном давлении; бетоны, подвергнутые автоклавной обработке при высоком давлении и температуре.
   

Прочность бетона

Прочность бетона зависит от многих факторов:

• 
  структура бетона;
  
• 
  марка цемента;
  
• 
  вид мелкого и крупного заполнителя;
  
• 
  условия твердения;
  
• 
  вид напряженного состояния;
  
• 
  форма и размеры сечения;
  
• 
  длительность действия нагрузки.
  

Класс бетона на сжатие определяется испытанием кубика с размером ребра 150мм в возрасте 28 суток.

Призменная прочность R_b=(0,75-0,78)R, где R-кубиковая прочность.

Прочность бетона на растяжение, срез, скалывание можно выразить следующей зависимостью:

R_sh=(1,5 - 2)R – срез; R_bt=(0,5-0,05)R – растяжения
Деформативность бетона

Виды деформаций бетона:

1. 
   Объемные – во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности.
   
2. 
   Силовые – от действия внешних сил.
   

Бетону свойственно нелинейное деформирование, поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия делят на 3 вида: деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой, деформации при длительном действии нагрузки и деформации при многократно повторяющемся действии нагрузки.

Если бетонный образец загрузить длительной нагрузкой в нем будут развиваться пластические деформации в течении длительного времени – этот процесс называется ползучестью бетона. Ползучесть бетона оказывает дополнительное влияние на работу жбк, это обстоятельство учитывается при проектировании конструкций.

Придельная деформативность бетона составляет:

При сжатии в среднем .

При растяжении в среднем .

4.Классы и марки бетона

Качество конструкционного бетона характеризуется классами и марками в зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий эксплуатации.

Классом бетона по прочности на осевое сжатие B (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размерами ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартом через 28 суток хранения при температуре 20±2^оС с учетом статистической изменчивости прочности (рис. 6).



Рис. 6. Кривые распределения прочности,

как случайной величины:

n и R – соответственно количество кубов, имеющих одинаковую прочность, и величина прочности; 1 – опытные значения n и R; 2 – теоретическая кривая, характеризующая разброс прочности с учетом статистической изменчивости (кривая Гаусса)
Среднее значение временного сопротивления бетона сжатию, установленное при испытании партии стандартных кубов:

,

где n₁, n₂, …, n_k – число случаев, в которых было установлено временное сопротивление соответственно R₁, R₂, …, R_k, n – общее число испытаний.

Реальные конструкции практически никогда не представляют из себя по форме куб, более реальная их форма – призма.

1. 
   Несмазанный куб (рис. 2, а).
   

Силы трения между подушками пресса и гранями куба препятствуют свободным поперечным деформациям куба и соответственно упрочняют бетон сверху и снизу. По мере удаления от торцевых граней куба влияние сил трения уменьшается, поэтому после разрушения куб приобретает форму 2-х пирамид сверху и снизу.

2. 
   Смазанный куб (рис. 2, б).
   

Если устранить силы трения смазкой контактных поверхностей, прочность бетонного куба будет меньше, поперечные деформации проявляются свободно, трещины разрыва становятся вертикальными.
а) б)

Рис. 2. Характер разрушения бетонных кубов:

а – несмазанный куб; б – смазанный куб;

Δ – поперечные деформации бетона.

Еще одной нормативной характеристикой бетона, являющейся классом – прочность на растяжение.

Классом нормируются те характеристики, которые будут учитываться для всех видов конструкций в любых условиях.

Марками в СНиП обозначают те характеристики бетона, которые будут учитываться только для отдельных видов классов конструкций или для отдельных видов бетона.

Марка бетона по морозостойкости – характеризуется числом выдерживаемых бетоном циклов попеременных замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. После определенного числа циклов производят испытания бетонных кубов на сжатие. Снижение прочности на 15 % при таком количестве циклов определяет марку бетона по морозостойкости. F 50 ÷ F 500.

Марка бетона по средней плотности – характеризует удельный вес бетона (кг/м³): тяжелый бетон D 1600, D1300. Чем меньше плотность тем выше звукоизоляция.

5.Виды арматуры

1. 
   По материалу:
   
   1. 
      стальная;
      
   2. 
      стеклопластиковая;
      
   3. 
      углепластиковая.
      
2. 
   По назначению:
   
   1. 
      рабочая – это арматура, которая определяется расчетом и обеспечивает прочность конструкции;
      
   2. 
      конструктивная – это арматура, которая также обеспечивает прочность конструктивных элементов и узлов, но расчетом не определяется, а устанавливается из практики проектирования и эксплуатации конструкций;
      
   3. 
      арматура косвенного армирования – это арматура, устанавливаемая в сжатых элементах в основном в местах больших локальных напряжений, для сдерживания поперечных деформаций;
      
   4. 
      монтажная – арматура, служащая для обеспечения проектного положения рабочей и равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры.
      
3. 
   По способу изготовления:
   
   1. 
      стержневая, горячекатаная (d = 6…40 мм), А-I, A-II, A-III, A-III_в..;
      
   2. 
      проволочная, холоднотянутая (d = 3…6 мм), B-I, B-II, Bp-I...
      
4. 
   По виду поверхности:
   
   1. 
      гладкая, A-I, B-I, Bp-I, B-III… ;
      
   2. 
      периодического профиля (рифленая) A-II(елочка)
      
   3. 
      канаты K-7, K-19_{количество прядей}.
      
5. 
   По способу применения:
   
   1. 
      напрягаемая, подвергнутая предварительному натяжению до эксплуатации;
      
   2. 
      ненапрягаемая.
      
6. 
   По изгибной жесткости:
   
   1. 
      гибкая (стержневая и проволочная);
      
   2. 
      жесткая (из прокатных профилей).
      
7. 
   По способу упрочнения:
   
   1. 
      термически упрочненная, т.е. подвергнутая термической обработке;
      
   2. 
      упрочненная в холодном состоянии – вытяжкой или волочением.
      

6. 
   Прочностные и деформативные характеристики арматуры
   

Характеристики прочности и деформативности сталей устанавливают по диаграмме σs – εs, получаемой из испытаний образцов на растяжение.

Под прочностными характеристиками понимают физический и условный предел текучести арматуры, временное сопротивление  .

Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением до разрыва (мягкая сталь) (рис. 13, а). Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести арматурной стали .

а) б)