Сибстрин-ЖБК-Ответы. Сущность железобетона. Условия существования железобетона. Достоинства и недостатки, основные преимущества как композиционного материала

• Название: Сущность железобетона. Условия существования железобетона. Достоинства и недостатки, основные преимущества как композиционного материала
• Анкор: Сибстрин-ЖБК-Ответы
• Дата: 28.03.2022
• Размер: 6.27 Mb.
• Имя файла: ZhBK_otvety.docx
• Тип: Документы; #423584
• страница: 2 из 6

Стадия III (стадия разрушения). Возможны следующие два случая разрушения балки.

С лучай 1– это случай пластического разрушения вследствие замедленного развития местных пластических деформаций арматуры.





Случай 2 наблюдают при разрушении элементов с избыточным содержанием растянутой арматуры.

Характерные случаи разрушения ЖБ:

1. Пластический характер разрушения. Начинается с проявления текучести арматуры, вследствие чего быстро растет прогиб и развиваются трещины. Напряжения в сжатой зоне бетона достигают временного сопротивления сжатию и происходит его раздробление.(стадия III случай 1)

2. При избыточном содержании растянутой арматуры происходит хрупкое (внезапное) разрушение от полного исчерпания несущей способности сжатой зоны бетона при неполном использовании прочности растянутой арматуры. (стадия III случай 2)

Г раничная высота сжатой зоны

Граничная высота сжатой зоны (Х_R) – это наибольшая высота сжатой зоны, при которой удается полностью использовать прочностные свойства арматурной стали в сечении.

относительная граничная высота сжатой зоны

относительная высота сжатой зоны

Формула определения граничной высоты сжатой зоны

ζ_R=X_R /h _o =0,8/ (1+ε_s,el/ ε_b,ult) ,

где ε_s,el – относительная деформация растянутой арматуры при напряжениях, равных Rs; ε_s,el= Rs/Es

ε_b,ult - относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных R_b, принимается равной 0,0035.

Различия расчета прочности нормальных сечений по случаям 1 и 2.

Случай 1 возникает, когда высота сжатой зоны х ≤ х_R (или ξ ≤ ξ_R). Тогда растянутая арматура S работает с полной отдачей (рис. 29,а, б), напряжения в ней σ_s = R_s, а усилие N_s = R_sA_s. Поскольку фактическая криволинейная эпюра заменена условной прямоугольной, то для прямоугольного сечения равнодействующая сжимающих усилий в бетоне N_b = R_bbx приложена в центре тяжести сжатой зоны, т.е. посередине высоты х (в центре тяжести сжатой зоны) (рис. 32,а).

Рис. 29 Рис. 32

Плечо внутренней пары сил z_b = h_o - 0,5x.Условие прочности имеет вид: 

М ≤ М_u = N_bz_b = R_bbx(h_o- 0,5x),

где М_u - несущая способность нормального сечения на изгиб. Высоту сжатой зоны определяют из условия ∑N = 0, где ∑N - сумма проекций внешних и внутренних сил на продольную ось элемента:

N_b - N_s = 0, или R_bbх – R_sA_s = 0, откуда х = R_sA_s/(R_bb).

В случае 2 высота сжатой зоны х> х_R (или ξ > ξ_R), а напряжения в арматуре σ_s s (рис. 29, в). Условие прочности имеет тот же вид, что и в случае 1, а х и σ_s находят из совместного решения уравнений х = f(σ_s), σ_s = f(x) или методом последовательных приближений. Допускается в запас прочности принимать х= х_R, а σ_s = R_s и рассчитывать сечение по случаю 1. Очевидно, что переармированные сечения невыгодны, поэтому рекомендуется проектировать изгибаемые элементы так, чтобы соблюдалось условие х ≤ х_R (или ξ ≤ ξ_R).
6. Нормативные и расчетные характеристики бетона и арматуры.
НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА

Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения:

- сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) R_b,n;

- сопротивления бетона осевому растяжению R_bt,_n

Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию и осевому растяжению для предельных состояний первой группы R_bи R_btопределяются делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по бетону, принимаемые равными: при сжатии γ_b = 1,3; при растяжении γ_bt = l,5.

Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию и осевому растяжению для предельных состояний второй группы R_b,serи R_bt,serпринимаются равными нормативными сопротивлениями R_b,n и R_bt,n.

При расчете на действие только постоянных и временных длительных нагрузок расчетные сопротивления бетона R_bи R_btумножаются на коэффициент условий работы γ_b1= 0,9.

НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРМАТУРЫ

Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное значение сопротивления растяжению R_s,n принимаемое в зависимости от класса арматуры.

Расчетные значения сопротивления арматуры растяжению R_sдля предельных состояний первой группы определяют по формуле

,                                                                                                

где γ_s- коэффициент надежности по арматуре, принимаемый равным:

1.1 - для арматуры классов А240, А300 и А400;

1,15 - для арматуры класса А500;

1.2 - для арматуры класса В500.

Расчетные значения сопротивления арматуры растяжению R_s,_ser для предельных состоянии второй группы принимают равными соответствующим нормативным сопротивлениям R_s,n.

Расчетные значения сопротивления арматуры сжатию R_sc принимают равными расчетным значениям сопротивления арматуры растяжению R_s за исключением арматуры класса А500, для которой R_sc = 400 МПа и арматуры класса В500 для которой R_sc= 360 Мпа.


7. Расчет конструкций по предельным состояниям. Сущность метода. Основные положения.

Предельным называют состояния, при которых конструкция теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получает недопустимые деформации или местные повреждения. Предельные состояния подразделяют на две группы: первая группа - по потере несущей способности, вторая группа - по непригодности к нормальной эксплуатации.

Р асчеты по 1-й группе предельных состояний производят, чтобы предотвратить хрупкое, вязкое или усталостное разрушение, потерю устойчивости положения конструкции (расчет на опрокидывание и скольжение) или ее формы (расчет на общую и местную устойчивость тонкостенных элементов), разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды.

Расчеты по 2-й группе предельных состояний должны предотвратить чрезмерные перемещения (прогибы, осадки, углы поворота, амплитуды колебаний), а также образование и чрезмерное раскрытие трещин в железобетонных конструкциях в зависимости от категории требований к их трещиностойкости.

Наступление того или иного предельного состояния зависит от следующих основных факторов: величины внешних нагрузок и воздействий, механических характеристик материалов, условий работы конструкций и материалов.

Статистическая изменчивость (разброс значений) этих факторов учитывается расчетными коэффициентами надежности по назначению, по нагрузке, по материалу и коэффициентами условий работы.

8. Преднапряженные конструкции. Сущность преднапряжения. Влияние преднапряжения на прочность, жесткость и трещиностойкость. Область применения преднапряженных конструкций.

Преднапряженные конструкции - это железобетон (элемент, конструкция), в котором до приложения внешней нагрузки искусственно создают внутренние напряжения, чаще всего, противоположные по знаку тем напряжениям, которые будут возникать при действии внешней нагрузки.

Польза преднапряжения в повышении трещиностойкости и жесткости конструкций. У первой балки (а) прогиб/начинается с нуля и растет по мере роста нагрузки F. У второй балки (б) до приложения нагрузки F уже имеется выгиб (отрицательный про гиб) _{fср от} действия силы обжатия Р. Очевидно, что при одинаковом значении F прогиб второй балки будет меньше прогиба первой. Подобное же влияние оказывает преднапряжение и на трещинастойкость. Кроме того, преднапряжение позволяет применять высокопрочные бетоны и арматуру, что дает снижение расхода материалов и собственной массы конструкции.



Преднапряжение ж/б на прочность конструкции не влияет.

Область применения предварительного напряжения обширна. Практически все конструкции: плиты, балки, фермы, арки, рамы и про­странственные конструкции, как новые, так и эксплуатируемые, могут быть предварительно напряженными. Ряд же конструкций, например из гибкихэлементов, без предварительного напряжения не могут существовать, т. к. не могут воспринимать даже незначительных сжимающих напряжений. Это тросовые фермы, мембранные большепролетные покрытия и т. д.

Преимущества предварительно-напряженных конструкций:

• 
  повышенная жесткость и трещиностойкость конструкции;
  
• 
  возможность использования высокопрочной арматуры (A-IV и выше);
  
• 
  предварительное напряжение приводит к уменьшению сечения элемента
  
• 
  возможность выполнения эффективных стыков сборных элементов;
  
• 
  предварительное напряжение позволяет изготавливать комбинированные конструкции (например, обжимаемую зону выполнять из тяжелого бетона, а остальную – из легкого);
  
• 
  повышенная выносливость при многократно повторяемых, динамических нагрузках;
  
• 
  преднапряженные конструкции более безопасны, т.к. перед разрушением имеют большой прогиб и тем самым сигнализируют, что прочность конструкции почти исчерпана;
  
• 
  повышенная сейсмостойкость;
  
• 
  повышенная долговечность.
  

Недостатки предварительно-напряженных конструкций:

• 
  повышенная трудоемкость и необходимость специального оборудования и классифицированных работников;
  
• 
  большая масса;
  
• 
  большая тепло- и звукопроводность;
  
• 
  усиление преднапряженных конструкций всегда сложнее, чем без преднапряжения;
  
• 
  меньшая огнестойкость;
  
• 
  при коррозии высокопрочная арматура быстрее теряет пластические свойства, возникает опасность хрупкого разрушения.
  

9. Преднапряженные конструкции. Понятие технологии предапряжнения. Способы натяжения арматуры. Способы создания предварительного напряжения. Понятие передаточной прочности бетона.

Предварительно напряженные конструкции – это такие конструкции, в которых до приложения нагрузки в процессе их изготовления создаются значительные сжимающие напряжения в бетоне за счет натяжения арматуры.

Цели предварительного напряжения:

1. 
   Повышение трещиностойкости (сопротивление образованию трещин) конструкции.
   
2. 
   Повышение жесткости и выносливости.
   
3. 
   Экономия арматурной стали и бетона по сечению и по массе, благодаря повышению прочности.
   
4. 
   Снижение массы конструкции в целом.
   

Способы натяжения арматуры:

1. 
   Механический (с помощью домкратов)
   
2. 
   Электротермический (нагрев арматуры до определенной температуры с помощью электротока, закрепления ее в нагретом состоянии, после остывания арматуры она становится напряженной)
   
3. 
   Электромеханический (одновременно электронагрев и механическое растяжение)
   

Технология преднапряжения. Преднапряжение создают, в основном, за счет предварительного напряжения рабочей арматуры двумя способами.

1 -й способ: заранее бетонируют конструкцию, оставляют в ней каналы, в них пропускают арматуру (пучки из проволок, канаты, стержни); после набора бетоном необходимой прочности арматуру натягивают, а ее концы закрепляют на торцах конструкции. Одновременно с натяжением арматуры происходит сжатие (обжатие) бетона. Поскольку усилие натяжения Р передается на затвердевший бетон, способ называется "натяжением на бетон" (рис. 1 4,а). Такой способ применяют чаще всего в построечных условиях - например, при обжатии монолитных поясов зданий, что является эффективным средством повышения их сейсмостойкости. Натяжение на бетон применяют также при обжатии стенок цилиндрических резервуаров внешней кольцевой арматурой, что обеспечивает водонепроницаемость, и во многих других случаях

2 -й способ: вначале натягивают арматуру и закрепляют ее концы на упорах стенда или формы, затем бетонируют изделие, а после набора бетоном необходимой прочности отпускают с упоров арматуру. Упруго укорачиваясь, арматура обжимает бетон за счет сил сцепления. Этот способ называется "натяжением на упоры", применяют его преимущественно при изготовлении конструкций в заводских условиях. 24 Преднапряжение можно создать и с помощью напрягающего цемента НЦ, при твердении которого бетон не уменьшается, а уветrчивается в объеме, удлиняя за собой и арматуру: в ней возникают растягивающие напряжения, а сама она воздействует на бетон в виде сжимающих сил. Этот способ пока имеет очень ограниченное применение.

Передаточная прочность бетона – минимальное значение прочности бетона, отвечающее его классу прочности на сжатие, установленное при проектировании, для возможности передачи усилия предварительного напряжения в арматуре на бетон.

10. Преднапряженные конструкции. Напряжение в арматуре. Величина преднапряжения. Допускаемые отклонения, коэффициент точности натяжений. Потери напряжений. Начальное контролируемое напряжение.

Напряжения в арматуре.

Значения предварительного напряжения в напрягаемой арматуре S_sp и S^`_sp назначают таким образом, чтобы выполнялись условия:





Где – допустимые отклонения предварительного напряжения, МПа.

Значение при механическом способе натяжения арматуры принимают равным 0,05 _, а при электротермическом и электромеханическом способах определяют по формуле:

, где - длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров), м

Коэффициент точности натяжения арматуры:

В производстве любых изделий могут быть неточности, которые заранее учитывают и допускают в ограниченных размерах. Одной из них при изготовлении преднапряженных изделий является погрешность в натяжении арматуры, что вызывает увеличение или уменьшение величины предварительного напряжения ssp по сравнению с расчетной – это учитывается умножениемssp на коэффициент точности натяжения gsp. Если неблагоприятное влияние на работу конструкции оказывает пониженное значение ssp (например, на образование трещин в зоне, растянутой при эксплуатации), то gsp < 1; если повышенное (например, на прочность в стадии обжатия), тоgsp > 1. При подсчете потерь напряжений, ширины раскрытия трещин и прогибов допускается принимать gsp = 1. Значения gsp приведены в Нормах проектирования.

Не следует путать gsp с допустимым отклонением p. Если p используют при назначении проектной величины предварительного напряжения, то gsp – при расчете непосредственно самих сечений



Знак „плюс" принимается при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения (т. е. на данной стадии работы конструкции или на рассмат­риваемом участке элемента предварительное на­пряжение снижает несущую способность, способствует образованию трещин и т. п.), знак „минус" — при благоприятном.



– число стержней напрягаемой арма­туры в сечении элемента.