Определение и сущность железобетона. Определение и сущность железобетон. Литература Филиппов П. П. Как внешние сигналы передаются внутрь клетки
Скачать 0.88 Mb.
|
Виды железобетонных конструкций и область их применения железобетонаДостоинства и недостатки железобетона.К основным достоинствам железобетона, обеспечивающим ему широкое применение в строительстве, относятся: - огнестойкость, - долговечность, - высокая механическая прочность при сжатии, - хорошая сопротивляемость сейсмическим и другим динамическим воздействиям, - возможность возводить конструкции любой формы, - малые эксплуатационные расходы на содержание зданий и сооружений (по сравнению с металлическими и деревянными конструкциями), - хорошая сопротивляемость атмосферным воздействиям, - высокая гигиеничность, способность задерживать радиоактивные излучения, - почти повсеместное наличие крупных и мелких заполнителей, в больших количествах идущих на приготовление бетона. Все эти факторы делают железобетон доступным к применению практически на всей территории страны. Затраты электроэнергии на производство железобетонных конструкций значительно ниже по сравнению со стальными и каменными. Недостатки железобетона: - большая плотность (большой собственный вес), - высокая звуко- и теплопроводность, - трудоёмкость переделок и усилений, - необходимость выдержки конструкции в опалубке до приобретения бетоном требуемой прочности, - появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий. Многие из этих недостатков могут быть полностью или частично устранены путём применения бетонов на пористых заполнителях, специальной обработки (пропаривания, вакуумирования и т. п.), предварительного напряжения. При общей оценке железобетона как строительного материала следует иметь ввиду, что отмеченные выше недостатки малозначительны по сравнению с его достоинствами. Это привело к тому, что за исторически короткий промежуток времени (примерно 150 лет) железобетон занял доминирующее положение в строительстве. Для современного капитального строительства железобетон является строительным материалом № 1. В зависимости от способов возведения различают железобетонные конструкции: - сборные, изготовляемые преимущественно на заводах стройиндустрии и затем монтируемые на строительных площадках; - монолитные, полностью возводимые на месте строительства; - сборно–монолитные, в которых рационально сочетается использование сборных железобетонных элементов заводского изготовления и монолитных частей конструкций. Железобетонные конструкции различают по виду арматуры: - с гибкой арматурой (без предварительного напряжения и с предварительным напряжением); - с жесткой (несущей) арматурой. Железобетон применяют в самых разнообразных отраслях строительства, находя в каждой из них свои подходящие области применения. Железобетон применяют: - при возведении жилых домов, общественных зданий различного назначения, сельскохозяйственных построек; - при строительстве зданий и сооружений промышленного, гражданского и транспортного назначения; - в гидротехническом строительстве (плотины, дамбы, гидроэлектростанции) и энергетическом строительстве (для возведения главных корпусов тепловых и атомных электростанций, атомных реакторов); - при возведении различных инженерных сооружений (дымовые трубы, телевизионные и водонапорные башни, резервуары и. т. д.). - в транспортном строительстве (для возведения мостов, водопропускных труб, путепроводов, метрополитенов, тоннелей на железных и автомобильных дорогах, подпорных стенок, для покрытия дорог и аэродромов, железобетонные шпалы, железобетонные опоры контактной сети); - в горной промышленности для надшахтных сооружений и крепления подземных выработок; - нередко в судостроении (например, из железобетона изготовляют корпуса барж) и машиностроении (для изготовления станин и опорных частей тяжёлых станков и прессов). В последние десятилетия железобетон стали использовать при взведении платформ для добычи нефти со дна морей в зоне шельфа и для устройства саркофагов и скафандров для захоронения радиоактивных отходов и хранения радиоактивных материалов. Прогнозы показывают, что в нынешнем столетии железобетон останется основным строительным материалом для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения. Краткие исторические сведения о возникновении и развитии железобетона.Развитие строительных конструкций, в том числе и железобетонных, неразрывно связано с условиями материальной жизни общества. Появление железобетона во второй половине 19 века совпало по времени с периодом ускоренного развития промышленности, торговли и транспорта. В этот период возникла потребность в строительстве большого числа фабрик, заводов, мостов, портов и других сооружений. Как следствие этого увеличилась потребность в строительных материалах. С одной стороны это привело к вздорожанию уже известных материалов, а с другой - послужило толчком к появлению новых строительных материалов. К тому же для строительства мостов и многих промышленных зданий с дорогим и сложным оборудованием стала ощущаться острая потребность в новых огнестойких, дешевых и надежных в эксплуатации строительных конструкциях. Это привело к появлению нового строительного материала — железобетона, в котором удачно сочетались лучшие качества каменных материалов и стали. В 2009 году исполнилось 160 лет со времени изобретения железобетона. Хотя на звание родины этого материала претендовали также Англия и США, приоритет все-таки следует отдать Франции. Французы подчеркнули этот факт, отпраздновав столетие железобетона в 1949 году. Появление железобетона вызвало революционные преобразования в строительстве, влияние которых на современную цивилизацию можно сравнить лишь с влиянием таких великих открытий как автомобиль, радио, ядерная реакция. В прошлом веке железобетон получил широкое распространение как материал, имеющий обширную сырьевую базу, экологически безопасный, наиболее подходящий для изготовления различных строительных изделий, конструкций и систем. Весь короткий исторический путь развития железобетонных конструкций (по сравнению с конструкциями из дерева, камня и стали) можно условно разделить на 4 периода. 1. Период возникновения железобетона (1849-1885 гг.) характеризуется появлением первых конструкций из армированного бетона. В этот период железобетонные конструкции появились практически одновременно в нескольких высокоразвитых странах (Франции, Англии, США и Германии), где уже производился цемент и стальной прокат. Первым документально зафиксированным изделием из железобетона явилась лодка, построенная в 1849 году Жаном Луи Ламбо, адвокатом по профессии. В 1854 году штукатур из Ньюкасла Вильям Уилкинсон получил патент на конструкцию огнестойкого перекрытия, состоящего из железных полос, укладываемых на расстоянии 50 см друг от друга и заливаемых бетоном. Причём для повышения прочности перекрытия в пролете полосы укладывались в нижней части сечения, а над опорами отгибались в верхнюю часть. Уилкинсон был первым, кто понял принцип рационального армирования железобетона. В 1867 году французский садовник Жозеф Монье получил патент на изготовление кадок для цветов из железа и цемента. Длительное время, особенно в России, Монье считался изобретателем железобетона. Он получил во многих странах множество разнообразных патентов на конструкции из железобетона (шпалы, трубы, балки и даже мосты). В 1880 году патент на железобетон был получен им и в России. На развитие железобетона в Англии большое влияние оказал французский инженер Франсуа Генебик. Его фирма выиграла несколько подрядов на сооружение различных зданий. Им были по строены мельницы, силосы для хранения зерна, водонапорные башни, портовые сооружения и др. В 1864 году Франсуа Куанье построил во Франции первую церковь из железобетона. В 1861 году он опубликовал брошюру "Применение бетона в строительном искусстве", где впервые указал на то, что бетон и стальные стержни в нем работают совместно. Около 20 лет Куанье строил железобетонные сооружения во Франции и в других странах. В России впервые железобетон был использован в 1879 году инженером Д.Ф. Жаринцевым при возведении стен зданий в г. Батуми. В 1885 году в Германии инженер Вайс и проф. Баушингер провели первые научные опыты по определению прочности и огнестойкости железобетонных конструкций, сохранности стали в бетоне, сил сцепления арматуры с бетоном и пр. Тогда же впервые инженер Кёнен высказал предположение, затем подтверждённое опытами, что арматура должна располагаться в тех частях конструкции, где можно ожидать растягивающие усилия. Исследования покрытий Царскосельского дворца показали, что русские мастера ещё в 1802 году применяли армированный бетон, однако не считали, что получили новый строительный материал, и не патентовали его. 2. Следующий период с 1886 по 1917 год называют периодом освоения железобетона в строительстве. В России с 1886 года железобетон стал применяться для устройства междуэтажных перекрытий по стальным балкам. Много таких перекрытий встречается в Петербурге в зданиях старой постройки. В России развитие железобетонных конструкций шло под влиянием зарубежного опыта и отечественной практики. Начало широкому использованию железобетона в России положили проведенные в Петербурге в 1891 году под руководством профессора Института путей сообщения Н.А. Белелюбского публичные испытания различных железобетонных конструкций (плит, балок, труб, резервуаров, арочного моста пролетом 17 м и др.). Эти испытания выявили большие преимущества железобетона перед другими строительными материалами. В 1904 году при участии проф. Н.А. Белелюбского в г. Николаеве был построен первый в мире железобетонный морской маяк высотой 40,2 м со стенами толщиной 10 см вверху и до 20 см внизу. В 1900 году на Парижской всемирной выставке железобетон был официально признан надежным строительным материалом. Но уже с 1898 года железобетонные конструкции нередко применялись в России при строительстве железнодорожных сооружений, шоссейных дорог, в промышленном и гражданском строительстве. За несколько лет было построено более тридцати железобетонных путепроводов и мостов. Первые в мире ТУ на железнодорожные сооружения из железобетона МПС России утвердило в 1908 году. Первая конструкция железобетонной шпалы была предложена еще в 1880 году во Франции, но начало практического применения железобетонных шпал, как в нашей стране, так и за границей относится к 1902-1903 гг. Первые железобетонные шпалы в России были изготовлены в 1903 году и испытаны в лаборатории С.-Петербургского Института Путей Сообщения. Часть этих шпал была уложена на одной из станций б. Финляндской железной дороги. Вслед за этим в период с 1903 по 1927 год попытки применения железобетонных шпал на наших дорогах предпринимались неоднократно. Однако широкое применение таких шпал началось только в послевоенный период. В 1908 году проф. А.Ф. Лолейт запроектировал и построил в Москве четырехэтажный склад молочных продуктов с безбалочными перекрытиями. С этого момента железобетон в России начал постепенно вытеснять сталь и дерево при выполнении несущих конструкций зданий и сооружений. Значительные по размаху и глубине исследования несущей способности и трещиностойкости железобетонных конструкций были проведены в конце 19 и начале 20 столетия в Германии под руководством профессоров Мёрша, Баха, Графа, Эмпергера. Полученные результаты были положены в основу разработки теории железобетона и нормативных документов по проектированию таких конструкций. 3. В первый период широкого применения железобетона в нашей стране (1918-1945 гг.) особенно большое распространение он получил в промышленном и гидротехническом строительстве. После октябрьской революции 1917 года произошли коренные изменения в экономике страны. Сразу после окончания гражданской войны перед руководством страны встают задачи восстановления разрушенного хозяйства и выполнения все возрастающих планов капитального строительства. Решение этих проблем в то время было бы невозможно без широкого применения железобетона. В годы первых пятилеток вследствие больших объемов строительства и тенденции экономии стали, необходимой для нужд машиностроения, железобетон постепенно занимает доминирующее положение в капитальном строительстве. Широкое распространение получают монолитные неразрезные балочные перекрытия, многопролетные и многоярусные рамы (этажерки), арки, элеваторы, силосы, бункеры. В двадцатые годы в стране начиналось строительство крупных электростанций с широким применением бетона и железобетона (Волховская, Свирская, Днепровская ГЭС). В 1928 году у нас в стране появились первые сборные железобетонные конструкции, которые затем стали все шире применяться в промышленном и гражданском строительстве. В это же время начинают применяться тонкостенные пространственные конструкции: купола (первый тонкостенный купол диаметром 28 м был возведен в Москве для планетария в 1928 году, оперный театр в Новосибирске в 1934 году был перекрыт куполом диаметром 55,5 м, который имел толщину оболочки всего 8 см), складки, цилиндрические оболочки, шатры и т. п. В этот период начиналось проектирование и строительство Московского метро. Появление сталей и бетонов высокой прочности позволило реализовать на практике в 1928-30 гг. идею создания предварительно напряженных железобетонных конструкций. Этого удалось впервые добиться талантливому французскому ученому и инженеру Эжену Фрейссине. Предварительно напряженные железобетонные конструкции обладают повышенной трещиностойкостью и жесткостью, а также экономичны за счет уменьшения размеров сечений. Это позволило значительно увеличить пролеты зданий и сооружений, перекрываемых железобетонными конструкциями. Первые теоретические основы расчета железобетонных конструкций и принципов их конструирования были созданы трудами первых исследователей железобетона Консидером, Генебиком (Франция), Кёненом и Мёршем (Германия). К концу 19 века в общих чертах сложилась теория расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям, основанная на принципах сопротивления упругих материалов. Как выяснилось в дальнейшем, она имеет крупные недостатки. Бурный рост применения железобетона вызвал необходимость совершенствования теории. Большой вклад в ее дальнейшую разработку внесли русские и советские ученые А.Ф. Лолейт (теория расчета по разрушающим усилиям, этот метод расчета применялся в СССР с 1938 по 1955 год), В.М. Келдыш, А.А. Гвоздев, С.М. Крылов (разработка метода расчета по предельным состояниям, теория расчета статически неопределимых конструкций по методу предельного равновесия), В.И. Мурашев (теория трещиностойкости и жесткости железобетона), И.И. Улицкий, А.Е. Шейкин, П.И. Васильев, С.В. Александровский (исследования по теории ползучести бетона), К.В. Михайлов, Н.М. Мулин (разработка и исследование новых видов арматуры), В.В. Михайлов, Г.И. Бердичевский, С.А. Дмитриев, А.П. Коровкин (разработка и исследование предварительно напряженных железобетонных конструкций), С.С. Давыдов (расчет и конструирование подземных сооружений) и многие другие. 4. Второй период широкого применения железобетона в нашей стране начался в 1946 году и продолжается по настоящее время. После окончания Второй мировой войны весьма резко возросла потребность в новом строительстве, и положение железобетона среди других строительных материалов стало доминирующим. Железобетон стал основой не только промышленного и гидротехнического строительства, но и жилищного, теплоэнергетического, транспортного, дорожного, сельскохозяйственного. Широкое применение сборного железобетона совершило переворот в строительной технике. Появились заводские технологии изготовления железобетонных конструкций. Претерпели большие изменения конструктивные формы зданий и сооружений в связи с переходом на полносборное строительство. Создана обширная номенклатура типовых сборных железобетонных изделий для массового применения (балки, фермы, панели, фундаментные блоки, дорожные и аэродромные плиты покрытия и др.). Использование сборного железобетона позволило вести строительство круглогодично и в огромных масштабах. Если объём применения сборных конструкций в СССР в 1955 году составил 12%, то в 1990 году он составлял уже около 60% от общего объёма производства железобетона. Дальнейшим развитием теории железобетона стал созданный в нашей стране и применяемый с 1955 года единый метод расчета всех строительных конструкций по предельным состояниям, разработанный профессорами Н.С. Стрелецким, В.М. Келдышем, А.А. Гвоздевым и др. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования, накопленный опыт строительства и достижения в области улучшения качества строительных материалов позволили за исторически короткий срок значительно повысить уровень железобетонных конструкций. Об огромных возможностях железобетона как строительного материала наглядно свидетельствуют такие здания и сооружения: 1) Башня Московского телецентра в Останкино высотой 537 м с 385-метровой нижней предварительно напряженной частью из монолитного железобетона. 2) Торговый центр в г. Челябинске, перекрытый без промежуточных опор пологой сборно-монолитной оболочкой с размерами в плане 102x102 м. 3). Крытый рынок в г. Минске, перекрытый пологой сборно-монолитной оболочкой из аглопоритобетона с размерами в плане 103x103 м 3) В Париже оболочкой, представляющей в плане правильный треугольник со стороной 218 м, перекрыт выставочный павильон Дворца Техники. Оболочка опирается на три точки и перекрывает площадь 30000 м2. Толщина ее всего 100 мм. Поперечное сечение волнистое. Высота гофра 600 мм.(рис. 5). 4) В Сиэтле построен ребристый железобетонный купол пролётом 220 м. 5) В 1998 году в Чикаго закончилось строительство небоскреба "Миглин Вайтер" (125 этажей, Н = 610 м) с железобетонным каркасом. 6) Скульптура Родина-Мать в г. Волгограде. 7) Из железобетона возводятся дымовые трубы высотой до 420 м. В настоящее время железобетон является основным конструктивным материалом в строительстве, так как он обладает высокой прочностью, долговечностью, стойкостью к воздействию высоких температур и агрессивных сред, способностью твердеть и наращивать прочность под водой, допускает изготовление конструкций самой разнообразной формы и не требует практически эксплуатационных расходов. Около 85% всех несущих строительных конструкций, многие из которых монтируют из сборных элементов, выполняют сейчас из железобетона. Такое положение сохраниться, видимо, и в обозримом будущем. Однако в последнее десятилетие произошла некоторая переоценка ценностей в отношении применения сборного и монолитного железобетона. В целом с учетом значительного повышения удельного веса транспортных расходов необходимо добиваться взвешенного соотношения между сборным и монолитным строительством за счет совершенствования технологии изготовления конструкций из монолитного железобетона и развития сборно-монолитных конструктивных решений. Кроме того, монолитное строительство требует меньших затрат на создание производственной базы (на 40...45%). Итогом обобщения научных исследований и опыта проектирования явились действующие ныне нормы проектирования бетонных и железобетонных конструкций СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». |