Лекция 1. 1
 Скачать 3.52 Mb.
|
|
1.1.10. Классификация арматуры по 4-м признакам 1. В зависимости от технологии изготовления различают стержневую и проволочную арматуру. Под стержневой в данной классификации подразумевают арматуру ∅ 6-40 мм не зависимо от того, как она поставляется промышленностью – в прутках (∅≥12 мм, l=13 м) или в мотках (бухтах) (∅≤10 мм, m =1300 кг). 2. В зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной, т.е. подвергнутой термической обработке, или упрочненной в холодном состоянии – вытяжкой, волочением. 3. По форме поверхности арматура периодического профиля и гладкая. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля, рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном.(рис. 1.1.14.) 4. По способу применения при армировании железобетонных элементов различают напрягаемую арматуру, т.е. подвергаемую предварительному напряжению, и ненапрягаемую. 2 Рис. 1.1.14.Виды арматуры периодического профиля: а-стержневая класса А300; б-то же А400-А600; в- высокопрочная проволока; 1-вид со стороны вмятин; 2- вид с гладкой стороны. 1.1.11. Механические свойства арматурных сталей Деформативность Рис. 1.1.15.Диаграммы « σ S - ε S » арматурных сталей σ S σ u σ k σ y ε S ε us σ S σ 0,2 σ 0,02 σ sl ε S ε us 0,2 % 0,02 % 3 Характеристики прочности и деформаций арматурных сталей устанавливают по диаграмме σ S - ε S , получаемой из испытания образцов на растяжение. Удлинение после разрыва горячекатаной (мягкой стали) – 25%. ( σ у ) – физический предел текучести арматурной стали. ( σ u ) – временное сопротивление арматурной стали. При ( σ у ) деформация развивается без заметного увеличения напряжения. При ( σ u ) образуется шейка, предшествующая разрыву. Увеличить прочность с тали можно, если добавить в сталь марганец, хром и др., а также применяя термическое упрочнение или холодное деформирование. Из рисунка виден переход высоколегированных и термически упрочненных арматурных сталей в пластической стадию с маленькой площадкой текучести. Деформативность Под деформативностью понимают характеристики пластичности стали, характеризуемые формой диаграммы σ S - ε S (рис. 1.1.15.), величину угла загиба или число перегибов в холодном состоянии, ползучесть стали (реологические свойства). Удлинение стали при разрыве оценивают величиной равномерного относительного удлинения при разрыве (без учета длины шейки разрыва) эталонного образца. Этой величиной характеризуется разрушение конструкции (хрупкое или пластичное). От угла загиба и числа перегибов зависит возможность обработки арматурной стали. Их устанавливают на основе испытания эталонных образцов стержневой арматуры на однократный загиб, а проволочной- на многократный перегиб. Упрочнение вытяжкой Вытяжка в холодном состоянии дает большую прочность стержням большого диаметра. Много кратное же волочение через уменьшающиеся отверстия дает высокопрочную проволоку, когда удлинения при разрыве снижаются до 4-6 %, причем при t=800 0С производится предварительная термообработка с последующим охлаждением. (Высокопрочная проволока класса В-1200-1500). 4 Сортамент арматурных сталей 1.1.12. Сварные арматурные изделия Сварные сетки изготавливают из арматурной проволоки диаметром от 3 – 5 мм включительно из класса арматуры В – 500 и арматуры класса А – 400 ∅ от 6 до 10 мм включительно. Сетки бывают рулонные или плоские. В рулонных сетках максимальный диаметр продольных стержней 5 мм рабочей арматурной сети. В качестве рабочей арматуры можно также использовать одновременно стержни сеток обоих направлений. Ширина сетки ограничивается величиной 3800 мм. Длина рулонных сеток ограничивается массой до 1300 кг. Длина плоских сеток принимается по проекту, но не более 9 м. Плоские сварные каркасы изготавливают из одного или двух продольных рабочих стержней и приваривающихся к ним поперечных стержней. Пространственные каркасы образуются из плоских каркасов. Качество сварки каркасов зависит от диаметра привариваемых стержней. В последнее время сетки вяжут т.к. качество сварных сеток не всегда обеспечено и не соответствует нормам. Диаметр поперечной арматуры должен быть не меньше (1/3 ÷ 1/4) ∅ продольной арматуры. Напрягаемую арматуру изготавливают из отдельных стержней и проволок, объединенных в канаты (напрягаемую арматуру сваривать нельзя). 5 Рис. 1.1.16.Каркасы железобетонных конструкций: а- плиты; б- балки; в- колонны; 1- рабочая арматура; 2- конструктивная; 3- монтажная; 4- поперечные стержни балок, привариваемые к рабочей и монтажной арматуре; 5- конструктивная продольная арматура; 6- хомуты кокосов колонн . Арматурный канат наиболее эффективен в качестве напрягаемой арматуры. Он состоит из проволок диаметром от 1 до 13 мм. Арматурные пучки состоят из параллельно расположенных высокопрочных проволок с зазорами, 6 обеспечивающими проникание цементного раствора. В многорядных пучках слои проволок диаметром от 4 до 5 мм включительно может достигать до 100 шт. 1.1.13. Соединение арматур Основным видом соединения арматурных стержней является сварное соединение сетки. В заводских условиях для соединения стержней классов от А 240 ÷ А 500 применяют контактную сварку, при этом отклонение диаметров параллельных стержней d 1 /d 2 ≥ 0,85. При этом d 1 = 10 мм. Если диаметр соединяемых стержней меньше 20 мм, то применяют сварку электродуговую со стержнями накладками. Рис. 1.1.17.Соединение арматур.1 – соединение – стык контактной сваркой; II– соединение – стык электродуговой сваркой; III –соединение накладкой; 1 – стержни с металлической пластиной; 2 – стержни – накладки. Стержневую арматуру класса А – 240 – А – 400 включительно допускается соединять в нахлестку без сварки с напуском концов стержней от 20 до 50 ∅. В нахлестку можно выполнять стыки сварных сеток в направлении рабочей арматуры. В каждой их соединяемых растянутых сеток на длине 7 нахлестки должно быть расположено не менее двух поперечных стержней, приваренных по всем продольным стержням. Рис. 1.1.17.Соединение арматурных сеток внахлестку; d 1 – диаметр рабочей арматуры; d 2 – диаметр конструктивной (монтажной) арматуры. Стыки сварных сеток в нерабочем направлении также выполняют внахлест. Длина нахлеста принимается равной 5 см при диаметре конструктивной арматуры до 4 мм включительно. Длина нахлеста 100 мм, если диаметр конструктивной арматуры больше 4 мм. Эти же стили при диаметре рабочих стержней 16 мм и более осуществляются укладкой дополнительных сеток с припуском распределительной или конструктивной арматуры в каждую сторону не менее ≥ 150 г и не менее ≥ мм. 1.1.14. Неметаллическая арматура В целях экономии металла применяют стеклопластиковую арматуру. Её получают из тонких стекловолокон объединяемых в арматурный стержень с помощью синтетических смол. Такие арматурные стержни обладают хорошим сцеплением с бетоном, высокой прочностью на разрыв: R t = 1800 мПа. При этом они имеют низкий модуль упругости: Е = 45000 мПа. Такая арматура хорошо используется в преднапряженных конструкциях. Недостаток: 1. Разрушение от щелочной реакции 2. Старение (снижение прочности с течением времени) 8 1.1.15. Сцепление арматуры с бетоном В железобетонных конструкциях скольжение арматуры в бетоне под нагрузкой не происходит благодаря сцеплению материалов. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в бетоне (рис. 1.1.18, а). По опытным данным, прочность сцепления зависит от следующих факторов: зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля (рис. 1.1.18, б); сил трения, развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки; склеивания арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности цементного геля. Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор: он обеспечивает около 4 3 общего сопротивления скольжению арматуры в бетоне; если арматура гладкая и круглая, сопротивление скольжению уменьшается, Прочность сцепления возрастает с повышением класса бетона, уменьшением водоцементного отношения, а также с увеличением возраста бетона. Исследования показали, что распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине заделки стержня неравномерно; наибольшее напряжение сцепления не зависит от длины анкеровки стержня lan. Среднее напряжение сцепления определяют как частное от деления усилия в стержне N на площадь заделки. u l N an c ⋅ = τ (1.18) где u – периметр сечения стержня (для гладкой арматуры при средних классах бетона ид;2,5...4 МПа). При недостаточной заделке к концам стержней приваривают коротыши или шайбы (по концам стержней из гладкой стали класса А-240 устраивают крюки). При вдавливании арматурного стержня в бетон прочность сцепления больше, чем при его выдергивании вследствие сопротивления окружающего слоя бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. С увеличением диаметра стержня и напряжения в нем σs прочность сцепления при сжатии возрастает, а при растяжении уменьшается (рис. 1.29,в). Отсюда следует, что для лучшего сцепления арматуры с бетоном при конструировании железобетонных элементов диаметр растянутых стержней следует ограничивать. 9 Рис. 1.1.18.Сцепление арматуры с бетоном; а- гладкой; б- периодического профиля; в- зависимость напряжений сцепл ения от диаметра стержня. Испытание образцов на выдергивание или вдавливание: 1.Выдергивание сц сц l d N ⋅ ⋅ = π τ (1.19) 2. Разрушение от разрыва стержня S Т А N ⋅ = σ (1.18) Т σ – напряжение, при котором произошел разрыв. 3. Одновременное и выдергивание, и разрушение +разрыв. S Т сц сц А l d ⋅ = ⋅ ⋅ σ π τ (1.20) cц Т сц Т сц S Т сц d d d d А l τ σ τ π π σ τ π σ 4 4 2 ⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ = (1.21) сц l напрямую зависит при прочих равных условиях от d. Для растянутых элементов сц l =20 d, сжатых сц l =10d. 10 1.1.16. 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 (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помощью анкерных устройств. Ненапрягаемая арматура из гладких стержней класса А-240 снабжена на концах анкерами в виде полукруглых крюков диметром 2,5 d, а в конструкциях из бетонов на пористых заполнителях – диаметром 5d (рис. 1.1.19 , а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крюков на концах. Также не имеют крюков на концах арматурные стержни периодического профиля, обладающие значительно лучшим сцеплением с бетоном. Рис. 1.1.18.Анкер ненапрягаемой арматуры; а- круглых гладких стержней; б- стержней периодического профиля на свободной опоре балки. Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором она учитывается с полным расчетным сопротивлением, на длину зоны анкеровки ( ) [ ] d R R l an b s an an λ ω ∆ + = / 1.22) но не менее: d l an an λ = (1.22) где ωan, ∆λ an , λ an – коэффициенты, определенные по табл. 1.2; R s – расчетное сопротивление арматуры (см. гл. 2); R b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию; d– диаметр стержня. К определению длины анкеровки l an ненапрягаемых стержней периодического профиля. 11 Напряженное состояние арматуры и условие анкеровки ω an ∆ λ an λ an Допустимое минимальное значение l an , мм, не менее Анкеровка растянутой арматуры в растянутом бетоне 0,7 11 20 250 Анкеровка сжатой или растянутой арматуры в сжатом бетоне 0,5 8 12 200 Если в нормальном к продольной оси элемента сечении стержни используются с неполным расчетным сопротивлением, то при определении 1 ап значение R s умножают на коэффициент, равный отношению площади сечения арматуры, необходимой при полном использовании расчетного сопротивления, к площади сечения фактически имеющейся арматуры. На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10 d, а если наклонные трещины в растянутой зоне не образуют- ся— то на длину не менее 5d(рис. 1.1.18,б), Напрягаемую арматуру — стержни периодического профиля или арматурные канаты — при натяжении на упоры и достаточной прочности бетона применяют в конструкциях без специальных анкеров; при натяжении на бетон (арматурные пучки) или на упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном (гладкая высокопрочная проволока) — со специальными анкерами. Длину зоны анкеровки напрягаемой арматуры без анкеров принимают равной длине зоны передачи напряжений с арматуры на бетон по формуле: ( ) [ ] d R l p bp sp p p ⋅ + = λ σ ω / (1.23) где ω р , λ р – коэффициенты, определяемые по табл. 1.3; R bp — переда- точная прочность бетона (кубиковая прочность бетона к моменту обжатия); σ sp — предварительное напряжение в арматуре с учетом потерь (принимают равным большему из значений; R c или σ sp ). Для элементов из легкого бетона классов В7,5— В12,5 значения ω p и λ р по табл. увеличивают в 1,4 раза. Для стержней периодического профиля всех видов значение l Р принимают не менее 15 d. При мгновенной передаче усилия обжатия на бетон для стержней периодического профиля диаметром до 18 мм (срезаемых с натяжных приспособлений упоров форм при отпуске натяжения) значения с о и ее увеличивают в 1,25 раза. Предварительное напряжение в арматуре считается изменяющимся линейно от нуля у края элемента до полного значения в сечении, расположенном на расстоянии l p от края элемента. 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. 12 К определению длины зоны передачи напряжений l p напрягаемой арматуры без анкеров. Вид и класс арматуры Значение коэффициента ω p λ p Стержневая периодического профиля (независимо от класса и диаметра) 0,25 10 Высокопрочная проволока класса Вр-II диаметром, мм: 5 4 3 1,4 1,4 1,4 40 50 60 Арматурные канаты класса К-7 диаметром, мм: 15 12 9 6 1,0 1,1 1,25 1,4 25 25 30 40 То же, класса К-19 диаметром 14 мм 1,0 25 Для захвата, натяжения и закрепления на упорах канатов и стержневой арматуры периодического профиля применяют специальные цанговые захваты; кроме того, для стержневой арматуры используют приваренные коротыши или шайбы, нарезку накатом без ослабления сечения, высаженные головки правильной формы или неправильной формы со втулкой. 13 Рис. 1.1.18.Анкеровка напрягаемой арматуры; а- цанговый захват для канатов и стержней; б- коротыши 1 и шайбы 2; в- гайка на нарезке накатом конца стержня; г- высаженная головка правильной формы; д- высаженная головка со втулкой; е- коротыши 1 и петли 3 для анкерной гладкой высокопрочной проволоки. Анкеры при натяжении арматуры на бетон должны обеспечивать надежную передачу усилий. В местах расположения анкеров у концов элементов бетон усиливают дополнительными хомутами, сварными сетками, спиралями, а для равномерной передачи усилий с арматуры на бетон под анкерами размещают стальные плиты. Заводской гильзовый анкер арматурного пучка состоит из стержня с нарезкой, заведенного внутрь пучка, и гильзы из мягкой стали, надетой поверх пучка. При протяжке через обжимное кольцо металл гильзы течет и запрессовывает проволоки пучка. Закрепление этого анкера после натяжения арматурного пучка на бетон домкратом производится гайкой концевого стержня, затягиваемой до упора в торец элемента. Анкер, в котором арматурный пучок закрепляют стальной конической пробкой в процессе натяжения домкратом двойного действия, создают следующим образом (рис, 1.1.19), Упором домкрата в торец элемента арматур- ный пучок натягивают до заданного напряжения, затем специальным поршнем, выдвигаемым из домкрата, проволоки пучка заклинивают конической трубкой в стальной колодке. 14 Анкер стаканного типа применяют для закрепления более мощного арматурного пучка с несколькими рядами концентрически расположенных проволок (рис. 1.1.20.). Домкрат захватывает анкер и оттягивает его с упором на бетон; в зазор, образовавшийся между анкером и торцом элемента, вводят шайбы с прорезями, благодаря чему арматурный пучок удерживается в напряженном состоянии. Рис.1.1.18.Гильзовый анкер; а- до запрессовки пучка; б- после запрессовки; 1- пучок; 2- гильза; 3- обжимное кольцо; 4- стрержень с нарезкой. |