2021 СПЕЦ ЧАСТЬ БС-02. Методическое пособие для повышения квалификации по курсу безопасность стоительства специализированная часть бс02 Общество с ограниченной ответственностью Эллада
 Скачать 0.63 Mb.
|
  УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ ПО КУРСУ: «БЕЗОПАСНОСТЬ СТОИТЕЛЬСТВА» СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ЧАСТЬ БС-02   Общество с ограниченной ответственностью «Эллада» 443125, г. Самара, пр. Кирова, д. 322А к. 6 ellada.samara@mail.ru тел.: (846) 2500154, 2500156 тел.: (846) 2500154, 2500156  СОДЕРЖАНИЕ
1. Устройство бетонных и железобетонных монолитных конструкций Структура и свойства бетона Бетон изготавливают из цемента, мелкого и крупного заполнителей (песка, щебня или гравия) и воды. Иногда применяют добавки, которые придают бетону специальные свойства или повышают пластичность. При затворении бетона минералы цемента вступают в химическую реакцию с водой, начинается твердение. Возникает цементный камень, соединяющий силами сцепления зерна крупного и мелкого заполнителя в единый монолит. Цементный камень пронизан порами, заполненными водой, водяными парами или газами. Объем этих пор зависит, в частности, от количества воды, определяемого водоцементным отношением W/C (по весу). Для химических реакций достаточно, чтобы W/C = 0,2, однако для удобоукладываемости бетона применяют W/C = 0,3 … 0,4 и более. Лишняя влага оставляет после себя поры и уменьшает плотность и прочность бетона. Бетон имеет сложную неоднородную структуру. Законы его дефор-мирования, устанавливающие связь между напряжениями и деформация-ми, – сложные, зависят от многих факторов. Классические теории прочно-сти, основанные на законе Гука, неприменимы. Прочность железобетон-ных конструкций оценивают на основе экспериментальных данных. Усадка бетона При твердении объем цементного теста уменьшается, происходит усадка бетона, размеры которой зависят от многих факторов: количества и активности цемента, зернового состава бетона, количества воды, влажно-сти окружающей среды и т.д. Усадке препятствуют зерна крупного запол-нителя, поэтому в бетоне возникают начальные напряжения. Если они пре-вышают предел прочности бетона на растяжение, возникают усадочные трещины, которые еще больше усложняют структуру бетона. Прочность бетона на осевое сжатие  Рис.1. Концентрация напряжений у отверстия Напряженное состояние тела определяется величиной и распределе-нием внешних сил, материала по объему тела. Если в тонкой пластинке, сжимаемой в одном направлении, сделать отверстие, то распределение внутренних напряжений будет весьма сложным (рис. 1.1). В окрестности отверстия происходит концентрация напряжений, максимальные из кото-рых намного превышают среднюю величину. В бетоне такими концентра-торами выступают зерна крупного заполнителя. Предел прочности бетона определяется экспериментально и представляет собой некоторые усред-ненные напряжения, при которых образец разрушается. Различают кубиковую и призменную прочности бетона. Кубиковая прочность R – это временное сопротивление образца в фор-ме куба с размером граней 150×150 мм, ис-пытанного в соответствии со стандартом по-сле 28 суток твердения в естественных усло-виях. Призменная прочность Rb – временное сопротивление сжатию бетонных призм с ос-нованием в форме квадрата со стороной 150 мм и высотой примерно в 4 раза больше – это основная характеристика прочности бетона в конструкциях. Разрушение призмы показано на рис. 1.2.  а) б) Рис.2. Призменная прочность бетона: а – картина разрушения; б – зависимость прочности от соотношения h/a Прочность составляет примерно ¾ кубиковой, Rb ≈ 0,75R. Прочность бетона на осевое растяжение Прочность бетона зависит от прочности на растяжение цементного камня и его сцепления с зернами заполнителя. Она повышается при увеличении расхода цемента, уменьшении отношения W/C, использовании щебня с шероховатой поверхностью. Ориентировочно прочность бетона на осевое растяжение может быть определена по формуле  Точнее ее можно определить, испытав образцы на растяжение, раскалывание, изгиб (рис. 3).  Рис. 3. Определение прочности бетона на растяжение Предел прочности бетона Rbt = max σ = М/χW, W = bh2/6, где χ=1,7 – коэффициент, учитывающий влияние неупругих деформаций. Прочность бетона Прочность бетона при многократно повторяющихся нагрузках При действии циклических (например, вибрационных) нагрузок бетон разрушается при меньших напряжениях, чем при нагрузках статических; происходит усталостное разрушение. Основной характеристикой прочности становится предел выносливо-сти Rr, чья величина меньше предела прочности и зависит от числа циклов «нагружение - разгрузка “n”» и от характеристики цикла ρ = σmin /σmax. Зависимость от числа циклов показана на рис. 1.4.  Рис.4. Предел выносливости число циклов загружения Предел выносливости Rr ≥ R0crc где R0 crc – напряжение, при котором возникают первые микротрещины. Оно может быть определено экспериментально с помощью ультразвука. Динамическая прочность  Рис. 5. Время действия нагрузки и динамическая прочность Динамическая прочность бетона Rd - это прочность при кратковременных нагрузках (ударных, взрывных). Она выше прочности при действии статических на-грузок, т.к. пластические свойства не успевают проявиться, бетон работает упруго. Динамическое временное сопротивление бетона Rd зависит от времени действия на-грузки (рис. 1.5). Длительная прочность и сроки твердения бетона При действии длительной нагрузки (например, от собственного веса конструкций) прочность бетона несколько снижается. Принимается Rbl = 0,9Rb, где Rbl – предел длительного сопротивления бетона. Прочность бетона увеличивается в течение длительного времени: при наличии влажности и положительной температуры – годами, в сухих условиях – примерно за один год. Особенно интенсивно она возрастает для бетонов на портландцементе в первые 28 суток, на пуццолановом или шлаковом – первые 90 суток. Для того чтобы ускорить твердение, применяют тепловлажностную обработку при атмосферном давлении (90º, 100 %) или автоклавную обработку паром при температуре 170 ºС и высоком давлении. В этом случае бетон набирает 70 % прочности за одни сутки. Сроки твердения устанавливают так, чтобы к моменту загружения конструкции проектной нагрузкой была достигнута прочность, равная классу бетона. Для монолитных конструкций на обычном портландцементе это 28 суток, для сборных конструкций их отпускная прочность может быть ниже класса. Ее устанавливают по техническим условиям в зависимости от условий транспортирования, монтажа, сроков загружения. Классы и марки бетона В зависимости от назначения и условий эксплуатации конструкций устанавливают показатели качества бетона. 1. Класс по прочности на осевое сжатие В соответствует кубиковой прочности бетона, МПа, с обеспеченностью 0,95. Принимается в пределах от В0,5 до В120. Это основная характеристика, которую устанавливают всегда. 2. Класс по прочности на осевое растяжение Вt соответствует пределу прочности бетона, МПа, с обеспеченностью 0,95. Принимается в пре-делах от Вt0,4 до Вt6. Его устанавливают, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве. 3. Марка по морозостойкости F соответствует минимальному числу циклов замораживания и оттаивания, выдерживаемых образцом при испытании по стандарту. Принимается в от F15 до F1000. Ее устанавливают для конструкций, подвергающихся попеременному многократному замораживанию и оттаиванию в увлажненном состоянии. 4. Марка по водонепроницаемости W соответствует максимальному давлению воды, МПа·10-1, которое выдерживает бетонный образец при испытании по стандарту. Принимается в пределах от W2 до W20. Ее устанавливают для резервуаров и пр. 5. Марка по средней плотности Д соответствует среднему значению плотности бетона, кг/м3. Принимается в пределах от Д200 до Д5000. Ее устанавливают, в частности, когда конструкция должна иметь теплоизоляционные свойства. Заданные класс и марку обеспечивают подбором состава бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов. Арматура в железобетонных конструкциях Арматуру устанавливают в основном в растянутые зоны конструкций для восприятия растягивающих усилий, а также в сжатые зоны для их усиления. Различают арматуру рабочую, сечение которой определяют рас-четом, и распределительную, или монтажную, которая ставится конструктивно. Ее назначение – распределять усилия между стержнями рабочей арматуры, обеспечивать их проектное положение, а также воспринимать усадочные, температурные и прочие напряжения. Свойства и классификация арматуры Механические свойства арматурных сталей Механические свойства стали определяют из испытания на центральное растяжение.  Рис. 6. Диаграммы деформирования арматуры: а – малоуглеродистой; б – высокоуглеродистой На рис. 6 показаны диаграммы растяжения пластичной малоуглеродистой и высокоуглеродистой, или легированной, сталей. Пластичная сталь имеет физический предел текучести (σу) и высокие пластические свойства (относительное удлинение перед разрывом – до 25 %). Высокоуглеродистые стали физического предела текучести не имеют (в расчетах оперируют условным пределом текучести σ0,2) и имеют более низкие пластические свойства. Прочность арматуры может быть повышена термическим упрочнением или холодным деформированием: вытяжкой для стержней большого диаметра или волочением (через несколько последовательно уменьшающихся отверстий – для проволоки). Временное сопротивление значительно увеличивается, но пластические свойства снижаются (относительное удлинение перед разрывом уменьшается до 4 … 6 %). Пластические свойства арматуры имеют большое значение. Если они недостаточны, может произойти хрупкое разрушение (разрыв) арматуры. Кроме того, они важны для механизации арматурных работ. Важное свойство арматуры – свариваемость. Хорошо свариваются малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сваривать арматуру, упрочненную термически или холодным деформированием, – происходит отпуск и потеря наклепа. Арматуре свойственна релаксация и ползучесть, особенно упрочненной вытяжкой, термически упрочненной, высоколегированной. При повторно-переменных нагрузках может произойти усталостное разрушение арматуры (хрупкое). Предел выносливости зависит от числа циклов нагружения, характеристики цикла ρ = σmin / σmax. Термически упрочненные стали имеют пониженный предел выносливости. При действии кратковременной нагрузки (действующей доли секунды) арматура проявляет динамическую прочность – значительно более высокий предел текучести (особенно физический). Предел прочности не меняется. При действии высокой температуры прочность арматуры снижается, особенно у высокопрочной проволоки. После нагрева и охлаждения прочность горячекатаной арматуры восстанавливается полностью, а у высокопрочной проволоки – лишь частично. Классификация арматуры Для железобетонных конструкций применяют арматуру следующих видов: горячекатаную гладкую и периодического профиля диаметром 3-80мм; термомеханически упрочненную периодического профиля диаметром 6 - 40 мм; механически упрочненную в холодном состоянии (холодно-деформированную) периодического профиля или гладкую диаметром 3- 12 мм; арматурные канаты диаметром 6 - 15 мм; неметаллическую композитную арматуру. В большепролетных конструкциях могут быть применены стальные канаты (спиральные, двойной свивки, закрытые). Основной нормируемый показатель качества арматуры - класс по прочности на растяжение, обозначаемый: А – для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры; В – для холоднодеформированной; К – для арматурных канатов. Класс арматуры соответствует гарантированному значению предела текучести (физического или условного), МПа. Принимается в пределах: от А240 до А1500, от В500 до В2000, от К1400 до К2500. Кроме требований по прочности, к арматуре предъявляют требования по свариваемости, выносливости, пластичности, стойкости при высоких температурах, по относительному удлинению при разрыве и т.д. Для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры следует использовать арматуру: гладкую класса А240 (А-I); периодического профиля классов А300 (А-II), A400 (A-III), A400C, A500, A500C, B500 (Bp-I), B500C. В качестве рабочей арматуры преимущественно применяют армату-ру периодического профиля классов А500 и А400, а также арматуру класса В500 в сварных сетках и каркасах. При обосновании экономической целе-сообразности можно применять и арматуру более высоких классов. Для монтажных петель сборных конструкций применяют горячека-таную арматурную сталь класса А240. Арматурные сварные изделия (сетки, каркасы) Сетки изготавливают из арматуры класса В500 диаметром 3 … 5 мм и арматуры класса А400 диаметром 6 … 10 мм. Сетки бывают рулонные и плоские (рис. 2.2). Рабочие стержни могут быть направлены как вдоль, так и поперек. Иногда стержни обоих направлений – рабочие.  а) б) Рис. 7. Арматурные сетки и каркасы: а – сетка; б – каркас Плоские сварные каркасы состоят из одного-двух рабочих стержней, поперечных стержней и монтажного стержня. Отношение диаметров свариваемых стержней должно быть не менее 1/3 … 1/4. Каркасы проектируют по условиям технологии сварки. Арматурные проволочные изделия К арматурным проволочным изделиям относят арматурные канаты и пучки. В канатах проволоки свиты и плотно прилегают друг к другу. Они имеют большую длину и применяются в длинномерных конструкциях без стыков. Их изготавливают из большого числа проволок диаметром 1…3 мм. Канаты предварительно обтягивают. В арматурных пучках проволоки идут параллельно друг другу и располагают по окружности, а в многорядных пучках – по нескольким концентрическим окружностям с зазорами для проникновения цементного раствора. Число проволок может быть 14, 18, 24, а в многорядных пучках – до 100 штук. В мощных пучках вместо проволок размещают канаты. Соединение сваркой Основное соединение арматурных стержней – это сварное соединение встык (рис. 2.3). На заводе арматурные стержни обычно соединяют контактной сваркой, причем соотношение диаметров соединяемых стержней должно быть не менее 0,85 (до 0,5 при использовании специальной технологии). На стройке применяют дуговую ванную сварку в инвентарных формах.  Рис. 8. Соединение арматурных стержней Для стержней диаметром менее 20 мм применяют дуговую сварку с накладками (рис. 2.4); выполняют четыре фланговых шва длиной по 4d или два шва с одной стороны длиной по 8d (d – диаметр соединяемых стержней).  Рис. 9. Соединение стержней с пластинами: а – с накладками; б – втавр; в – внахлестку фланговыми швами Стержни с пластиной соединяют втавр (например, анкеры с пластиной закладной детали) с помощью автоматической дуговой сварки под слоем флюса (см. рис. 9). Принимают δ/d = 0,75, где δ – толщина платины, d – диаметр стержней. Стержни с пластиной в плоскости пластины соединяют внахлестку фланговыми швами. |