Билеты ЖБК Часть 1. Экзамен жбк сущность железобетона. Краткая историческая справка развития жбк

• Название: Экзамен жбк сущность железобетона. Краткая историческая справка развития жбк
• Дата: 31.05.2018
• Размер: 1.23 Mb.
• Имя файла: Билеты ЖБК Часть 1 .docx
• Тип: Документы; #45581
• страница: 4 из 9

Свойства арматурной стали

Физико-механические свойства арматурных сталей зависят от их химического состава, способа изготовления и обработки

1. 
   Прочность
   

• 
  Характеристики прочности и деформативности арматуры определяют по диаграмме , получаемой путём испытаний стандартных образцов
  

физический предел текучести σу - напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки.

σu – напряжение, непосредственно предшествующее разрывуобразца.

Арматурные стали: "мягкие" и "твёрдые".

Основная характ прочности для "мягких" сталей - физический предел текучести σу.

"твёрдых" - временное сопротивление σu
Повышение прочности:

• 
  увеличение содержания углерода до 0,5%,
  
• 
  введение легирующих добавок (не более 2%) (НО снижают деформативность, ухудшают свариваемость)
  
• 
  термическое упрочнение
  
• 
  упрочнение вытяжкой (в основе явление наклёпа)
  

Термически упрочнённая сталь - переходит в пластическую стадию работы постепенно, не имеет площадки текучести на диаграмме растяжения. Устанавливают условный предел текучести σ0,2 - напряжение, при котором остаточные деформации равны 0,2% и условный предел упругости σ0,02 - равны 0,02%.

2. 
   Пластичность
   

• 
  характеризуют относительным удлинением при испытании образцов на разрыв
  
• 
  также оценивается испытанием на загиб в холодном сост. вокруг оправки толщ 3-5 диам
  
• 
  "Мягкие" стали обладают значительным удлинением после разрыва – δ ≥ 25%.
  
• 
  Увелич. содержания углерода, введение легир. добавок снижает дефор-ть – δ = 14-19%.
  
• 
  Относительное удлинение термически упрочнённых сталей δ = 6-8%,
  
• 
  упрочнённых вытяжкой - δ = 4-6%.
  

3. 
   Свариваемость
   

это свойство стали давать доброкачественные соединения при сварке, характеризуется отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах.

• 
  зависит от их химического состава, физико- механических свойств и термообработки перед сваркой.
  
• 
  Особенно отрицательно влияет на качество сварного шва углерод ( стали хорошо свариваются при содержании углерода до 0,25% и удовлетворительно до 0,55%.)
  
• 
  Хорошо свариваются низколегированные стали
  
• 
  Нельзя сваривать стали, упрочнённые термически или вытяжкой, теряется эффект упрочнения.
  

4. 
   Хладноломкость
   

Это повышение хрупкости стали под нагрузкой при отрицательных температурах ниже -300С.

• 
  склонность у горячекатаной арматуры изготовленной из полуспокойной мартеновской и конвертерной стали.
  
• 
  стали, упрочнённые термически или вытяж кой, обладают более низким порогом хладноломкости.
  
• 
  Хорошо работает на морозе сталь марки 10ГТ –не восприимчива к воздействию низких температур.
  

5. 
   Релаксация
   

Это снижение напряжения в арматуре при неизменной длине элемента – отсутствии деформаций (рис. 20).

• 
  наиболее интенсивно протекает в первые часы растяжения арматуры
  
• 
  Значительной релаксацией обладают высоколегированная и упрочнённая термически или вытяжкой арматура.
  
• 
  Релаксация горячекатаных малоуглеродистых и низколегированных сталей незначительна.
  

6. 
   Выносливость
   

От многократно повторяющейся нагрузки возможно усталостное разрушение арматуры при сопротивлении растяжению < предела текучести или предела прочности при однократном кратковременном загружении.

происходит внезапно и носит хрупкий характер (без образования площадки текучести, шейка в месте разрыва арматурного стержня не образуется)

Предел прочности арматуры при действии многократно повторяющейся нагрузки – предел выносливости - напряжение Rsf , наибольшее напряжение, при котjром как бы ни было велико N, разрушения не наступает.

9. 
   Стадии напряженного деформированного состояния при изгибе
   

Чистый изгиб при постепенном увеличении нагрузки.

I стадия (стадия упругой работы элемента)

• 
  продолжается до появления первых трещин в бетоне растянутой зоны (бетон растянутой зоны сохраняет сплошность)
  
• 
  имеет место при небольших нагрузках 15…20% от разрушающей
  
• 
  деформации носят преимущественно упругий характер
  
• 
  эпюры нормальных напряжений сжатой и растянутой зон близки к треугольным
  
• 
  усилия в растянутой зоне воспринимает в основном бетон; напряжения в арматуре незначительны
  

• 
  с увеличением нагрузки в растянутой зоне развиваются неупругие деформации начиная с крайних волокон (деформации доходят до )
  
• 
  эпюра напряжений становится криволинейной (рис. 20, б).
  
• 
  величина растягивающих напряжений приближается к временному сопротивлению бетона на осевое растяжение Rbt.
  
• 
  Конец стадии: (стадия Ia) напряжения = Rbt, деформации удлинения крайних волокон достигли (предельная растяжимость)
  

(Вместо криволинейной эпюры напряжений в растянутой зоне для упрощения принимают прямоугольную с ординатой R_btn (R_bt,ser).

Напряжения в растянутой арматуре на стадии Iа определяются в соответствии с условиями совместности деформаций и законом Гука:

По I стадии рассчитывают элементы на образование трещин и деформации – до образования трещин.

II стадия

• 
  В бетоне растянутой зоны интенсивно образуются и раскрываются трещины
  
• 
  В местах трещин растягивающие усилия воспринимает арматура и бетон над трещиной под нулевой линией
  
• 
  Между трещинами бетон работает на растяжение, напряжения в арматуре уменьшаются по мере удаления от сечения с трещиной
  
• 
  На участках между трещинами – арматура и бетон работают еще совместно
  
• 
  Эпюра нормальных напряжений в бетоне сжатой зоны по мере увеличения нагрузки за счет развития неупругих деформаций искривляется (рис. 21)
  
• 
  Высота сжатой зоны переменна по доине балки (на трещинами меньше)
  
• 
  Стадия II сохраняется значительное время, характерна для эксплуатационных нагрузок (по этой стадии работают наиболее напряженные сечения)
  
• 
  нагрузка может доходить до 65% и более от разрушающей
  
• 
  По мере возрастания нагрузки напряжения в арматуре приближаются к пределу текучести Rs, т.е. происходит конец II стадии (заметные неупругие деформации, трещины почти до нейтральной линии)
  

По II стадии рассчитывают величину раскрытия трещин и кривизну элементов

III стадия (стадия разрушения элемента)

• 
  Самая короткая по продолжительности
  
• 
  Ярко выраженная криволинейность эпюры сжатой зоны
  
• 
  Бетон растянутой зоны из работы элемента почти полностью исключается.
  
• 
  Напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне – временного сопротивления осевому сжатию
  

Характер разрушения балки по нормальному сечению зависит от вида и количества продольной арматуры в сечении .

2 характерных случая разрушения:

Случай 1 . Пластический характер разрушения.

• 
  при относительно невысоком содержании арматуры из мягкой стали
  
• 
  разрушение балки начинается с арматуры (напряжения в ней достигают предела текучести, деформации постепенно нарастают ) быстро растет прогиб и развиваются трещины
  
• 
  Напряжения в сжатой зоне бетона достигают временного сопротивления сжатию и происходит его раздробление.
  
• 
  высота сжатой зоны по мере загружения балки уменьшается
  
• 
  разрушение носит постепенный (пластический характер)
  

Участок элемента, на котором наблюдается текучесть арматуры и пластические деформации сжатого бетона, искривляется при постоянном предельном моменте (рис. 22, а). Такие участки называются пластическими шарнирами.

Случай 2. (переход из стадии 2 в 3 внезапно, нежелательно использовать элементы )

• 
  При избыточном содержании арматуры
  
• 
  Хрупкое (внезапное) разрушение от полного исчерпания несущей способности сжатой зоны бетона
  
• 
  при неполном использовании прочности растянутой арматуры (напряж не достигают предела текучести )
  

III стадия используется в расчетах на прочность.

а – 1 случай разрушения; б – 2 случай разрушения.

Методы расчета железобетонных конструкций

Это методы для подбора сечений

Коэффициент запаса прочности для массивн конструкций k=2,0…2.5, м.б. ниже
Методы подбора сечений:

• 
  по допускаемым напряжениям
  
• 
  разрушающим усилиям (в СССР с 1938)
  
• 
  предельным состояниям для строительных конструкций из любых материалов (в СССР с 1955, с некоторыми изменениями в наст время)
  

С 2003 официально – также расчет по прочности нормальных сечений на основе нелинейной деформационной модели.

10. 
    Расчет по допускаемым напряжениям (Кено-немец, его метод).
    

до 1938 г.

• 
  1886г. Кенен (Германия) - первый метод расчета изгибаемых элементов
  
• 
  за основу взята стадия II напряженно-деформированного состояния
  

Допущения

• 
  бетон рассматривался как упругий однородный материал;
  
• 
  в сжатой зоне принималась треугольная эпюра напряжений;
  
• 
  в растянутой зоне работа бетона не учитывалась, а все растягивающие усилия воспринимались арматурой;
  
• 
  считалась справедливой гипотеза плоских сечений и закон Гука,
  
• 
  модуль упругости сжатого бетона принимался постоянным, не зависящим от величины напряжения.
  
• 
  В расчет вместо действительного железобетонного сечения вводилось приведенное, в котором арматура заменялась эквивалентным сечением бетона с помощью постоянного коэффициента приведения   .
  
• 
  определялись напряжения в бетоне и арматуре от эксплуатационных нагрузок и сравнивались с допускаемыми напряжениями, которые назначались как доля предела прочности ab = R/y, где у — обобщенный коэффициент запаса.
  

напряжения в бетоне  ;

–напряжения в растянутой арматуре  .

Достоинства метода :

1. 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.

Недостатки метода :

1. не учитывает пластических свойств бетона

2. Не учитывалась изменчивость нагрузок и сопротивлений материалов;

3. напряжения в арматуре железобетонных элементов, полученное по расчету, всегда больше действительных, что приводит к перерасходу стали

4. не позволяет правильно назначать коэффициент запаса

Сейчас используют: при определении потерь предварительного напряжения арматуры, при расчете главных сжимающих напряжений в наклонном сечении предварительно напряженных конструкций, при проверке на выносливость

11. 
    Расчет по разрушающим нагрузкам (Лолейт- его метод) 1938 — 1955
    

• 
  исходит из стадии III напряженно-деформированного состояния при изгибе
  
• 
  работа бетона растянутой зоны не учитывается.
  
• 
  В расчетные формулы вместо допускаемых напряжений вводят предел прочности бетона при сжатии и предел текучести арматуры
  
• 
  учитываются упругопластические свойства железобетона
  
• 
  Гипотеза плоских сечений и закон Гука не используются
  
• 
  Эпюра напряжений в бетоне сжатой зоны ‒ прямоугольная
  
• 
  Усилие, допускаемое при эксплуатации конструкции, определяют делением разрушающего усилия на обобщенный коэффициент запаса прочности k.
  

для изгибаемых элементов:  ,

для сжатых элементов: 

 

• 
  вместо гипотезы плоских сечений применяют принцип пластического разрушения, впервые обоснованный советским ученым А. Ф. Лолейтом.(принцип : напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений одновременно)
  

Достоинства

• 
  позволяет достаточно точно определять несущую способность элемента.
  
• 
  дает более правильное представление о действительной работе железобетона
  
• 
  позволяет более правильно использовать прочностные и деформативные свойства материалов и конструкций
  
• 
  позволяет получить более экономичные конструктивные решения.
  

Недостатки

• 
  Общий недостаток метода расчета по допускаемым напряжениям и разрушающим усилиям - использование единого коэффициента запаса, весьма приближенно учитывающего многообразие факторов, влияющих на работу конструкции.
  
• 
  позволяет определять только прочность конструкции, не давая возможности оценить ее работу при эксплуатационных нагрузках.
  
• 
  Когда применялись сталь и бетон относительно низкой прочности, конструкции имели развитые сечения, трещины в бетоне и прогибы от эксплуатационных нагрузок были невелики и не препятствовали нормальной работе конструкции. С появлением бетонов и арматуры более высокой прочности поперечные сечения элементов уменьшались, снижалась их жесткость, вследствие чего прогибы конструкции и ширина раскрытия трещин от расчетных нагрузок оказывались значительными и могли нарушить нормальную эксплуатацию.
  

12. 
    Основные положения расчёта по 1,2 группе предельных состояний.
    

Группы предельных состояний

Отказ- прекращение выполнения строительной конструкцией хотя бы одной из предусмотренных для нее функций;

Конструкция, в момент, предшествующий отказу переходит в предельное состояние

Предельные состояния – при наступлении которых конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, т.е. теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получает недопустимые перемещения или чрезмерно раскрытые трещины.

Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных состояний ( деление по степени опасности наступления и уровню обеспеченности)

Предельные состояния I группы (группа полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности):

• 
  потеря прочности или несущей способности вследствие разрушения бетона или разрыва арматуры;
  
• 
  потеря устойчивости;
  
• 
  усталостное разрушение.
  

Предельные состояния II группы (группа непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, недопустимых деформаций):

• 
  чрезмерные прогибы или выгибы;
  
• 
  образование трещин;
  
• 
  чрезмерное раскрытие трещин.
  

Основное отличие от других методов
Основные положения расчета:

• 
  четко устанавливаются предельные состояния;
  
• 
  вместо единого коэффициента запаса прочности – используется система расчетных коэффициентов, введение которых гарантирует, что такое состояние не наступит при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших значениях прочностных характеристик
  
• 
  Расчет по предельным состояниям производят для всех стадий: изготовление, хранение, транспортирование, монтаж и эксплуатация.
  
• 
  Усилия в статически-неопределимых конструкциях определяют с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры, что очень существенно при длительном воздействии нагрузки, а также учитывается перераспределение усилий.