ЖБК. Курс лекций. Курс лекций по дисциплине Железобетонные конструкции для специальностей Архитектура иПромышленное и гражданское строительство

• Название: Курс лекций по дисциплине Железобетонные конструкции для специальностей Архитектура иПромышленное и гражданское строительство
• Анкор: ЖБК. Курс лекций.doc
• Дата: 18.07.2018
• Размер: 1.89 Mb.
• Имя файла: ЖБК. Курс лекций.doc
• Тип: Курс лекций; #21660
• страница: 3 из 9

3.5.7. Прочность бетона при многократно повторяемых нагрузках

При действии многократно повторяемых нагрузок прочность бетона сжатию под влиянием развития структурных микротрещин уменьшается. Предел прочности бетона (предел выносливости) R_f зависит от числа циклов нагрузки – разгрузки n и отношения попеременно возникающих минимальных и максимальных напряжений .

При n 10⁷ R_f ≈ 0,5÷0,7 R_b.
3.5.8. Динамическая прочность бетона

При динамической нагрузке большой интенсивности, но малой продолжительности, имеет место увеличенное временное сопротивление бетона – динамическая прочность. Это явление объясняется энергопоглощающей способностью бетона, работающего только упруго в течение короткого промежутка нагружения динамической нагрузкой. Чем меньше время τ нагружения, тем больше коэффициент динамической прочности бетона . При τ=0,1 сек R_d≈ 1,2R_b.
3.6. 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.

0. 
   3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой
   

Деформация бетона: (рис. 7),

где ε_е – упругая деформация, ε_pl – упругопластическая деформация.

Если образец загружать по этапам и замерять деформации дважды – сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, получим ступенчатую линию (рис. 8). При достаточном числе загружений, ступенчатая линия зависимости σ_b – ε_bможет быть заменена плавной кривой. Таком образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, а неупругие развиваются во времени.



Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

при сжатии и растяжении:

I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

1 – загрузка; 2 – разгрузка; ε_bu – предельная сжимаемость;ε_btu – предельная растяжимость;

ε_ер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.
С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σ_b неупругие деформации уменьшаются (рис. 9).



Рис. 8. Диаграмма σ_b – ε_bв сжатом бетоне при Рис. 9. Диаграмма σ_b – ε_bв сжатом бетоне при

различном числе этапов загружения. различной скорости загружения.

0. 
   3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки
   

При длительном действии нагрузки обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона (ниспадающая ветвь диаграммы σ_b – ε_b). При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются.

Участок 0-1 (рис. 10) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона


Рис. 10. Диаграмма σ_b – ε_bв сжатом бетоне при

различной длительности загружения.

При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Когда связи в бетоне (например, арматура) ограничивают свободное развитие ползучести, то напряжения в бетоне уменьшаются. То есть происходит перераспределение внутренних напряжений между бетоном и арматурой.

Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации , называют релаксацией напряжений.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. С течением времени процесс перераспределения напряжений с гелевой составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей затухает и деформирование прекращается.

Величина деформаций ползучести в конечном итоге не зависит от скорости нагружения образца. Ползучесть бетона увеличивается с ростом напряжений. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый. Ползучесть бетона в сухой среде больше, чем во влажной. С увеличением В/Ц и количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает. С повышением прочности зерен заполнителей, повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается.

0. 
   3.6.3. Деформации бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки
   

Многократное повторение действия нагрузки приводит к накапливанию неупругих деформаций (рис. 11). После большого количества циклов эти деформации постепенно выбираются, ползучесть достигает предельного значения, бетон начинает работать упруго.

С каждым последующим циклом кривая зависимости σ_b – ε_b постепенно становится прямой, характеризующей упругую работу. Такой характер работы наблюдается при . При больших значениях неупругие деформации начинают неограниченно расти, при этом кривизна σ_b – ε_b меняет знак.


Рис. 11. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

при многократном повторном загружении бетонного образца:

1 – первичная кривая; 2 – конечная кривая.


3.6.4. Предельные деформации бетона перед разрушением

Это предельная сжимаемость и предельная растяжимость . Зависят от:

• 
  прочности бетона;
  
• 
  класса бетона;
  
• 
  состава бетона;
  
• 
  длительности приложения нагрузки.
  

При сжатии в среднем .

При растяжении в среднем .

При изгибе в крайнем сжатом волокне в среднем .
3.6.5. Модуль деформации

Начальный модуль упругости бетона (рис. 12) при сжатии Е_b соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загружении:

.
Модуль полных деформаций бетона (рис.12) при сжатии соответствует полным деформациям; является величиной переменной:

,

где α – угол наклона касательной к кривой σ_b – ε_bв точке с заданным напряжением.

Рис. 12. Схема для определения модуля

деформации бетона.
Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σ_b – ε_b с заданным напряжением (рис. 12):

.

Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности:
,

где - коэффициент упругопластичных деформаций бетона; ν изменяется от 1 до 0,15.

С увеличением уровня напряжений в бетоне и длительности действия нагрузки коэффициент ν уменьшается.


Лекция №4. Арматура

4.1. 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);
      
   2. 
      проволочная, холоднотянутая (d = 3…6 мм).
      
4. 
   По виду поверхности:
   
   1. 
      гладкая;
      
   2. 
      периодического профиля (рифленая).
      
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.
      

4.2. Физико-механические свойства сталей

Характеристики прочности и деформативности сталей устанавливают по диаграмме σ_s – ε_s, получаемой из испытаний образцов на растяжение. 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)

Рис. 13. Диаграммы σ_s – ε_sпри растяжении арматурной стали:

а – мягкая малоуглеродистая сталь с площадкой текучести;

б – высокопрочная, легированная сталь с условным пределом текучести.
Повышение прочности сталей достигают следующими методами:

• 
  путем введения углерода и легирующих добавок (марганец, хром, кремний, титан и др.);
  
• 
  термическим упрочнением - закаливание стали (нагрев до 800…900^оС и быстрое охлаждение), затем частичный отпуск (нагрев до 300…400^оС и постепенное охлаждение);
  
• 
  холодным деформированием – при вытяжке в холодном состоянии до напряжения сталь упрочняется; при повторной вытяжке пластические деформации уже выбраны, напряжение становится новым искусственно поднятым пределом текучести ;
  
• 
  холодным волочением - волочение через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий в холодном состоянии для получения высокопрочной проволоки.
  

Высоколегированные и термически упрочненные арматурные стали переходят в пластическую стадию постепенно без ярко выраженной площадки текучести (рис. 13, б). Для таких сталей устанавливают условный предел текучести , при котором относительные остаточные деформации составляют 0,2%.

К физическим свойствам сталей относятся:

• 
  пластические свойства – характеризуются относительным удлинением при испытании на разрыв. Снижение пластических свойств приводит к хрупкому (внезапному) разрыву арматуры;
  
• 
  свариваемость – характеризуется надежностью соединения, отсутствием трещин и других пороков металла в швах. Хорошо свариваются малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сваривать термически упрочненные и упрочненные вытяжкой стали, т.к. теряется эффект упрочнения;
  
• 
  хладноломкость - склонность к хрупкому разрушению при отрицательных температурах (ниже -30^оС);
  
• 
  реологические свойства – характеризуются ползучестью и релаксацией;
  
• 
  усталостное разрушение – наблюдается при действии многократно повторяющейся знакопеременной нагрузке и имеет характер хрупкого разрушения;
  
• 
  динамическая прочность – наблюдается при кратковременных нагрузках большой интенсивности.
  

4.3. Классификация арматуры

Наименование и класс арматуры	d, мм	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %	Модуль упругости, МПа
Стержневая горячекатаная: гладкая класса A-I периодического профиля классов: A-II A-III A-IV A-V A-VI	6…40 10…40 6…40 10…22 10…32 10…22	230 300 400 600 800 1000	25 19 14 8 7 6	21 · 104 21 · 104 20 · 104 19 · 104 19 · 104 19· 104
Стержневая термически упрочненная классов: Ат – IIIс Aт – IVс Ат – V Aт - VI	10…38 10…28 10…28 10…28	400 600 800 1000	- 8 7 6	20 · 104 19 · 104 19 · 104 19· 104
Обыкновенная арматурная проволока периодического профиля класса Вр-I	3…5	500	-	17· 104
Высокопрочная арматурная проволока: гладкая класса В-II периодического профиля класса Вр-II	3…8 3…8	1530 1530	4…6 4…6	20 · 104 20 · 104

П р и м е ч а н и е: дополнительной буквой «С» указывается на возможность стыкования сваркой, буквой «Т» - на термическое упрочнение арматуры.