Оска. Реферат ОСК. Реферат по дисциплине Основы строительных конструкций На темы Свойства древесины
 Скачать 0.72 Mb.
|
Министерство образования и науки Российской Федерации «Ижевский государственный технический университет» Институт строительства и архитектуры имени В. А. Шумилова; Кафедра «Промышленное и гражданское строительство» Реферат по дисциплине «Основы строительных конструкций» На темы « Свойства древесины», «Арматура, её виды и классы, применяемые для железобетонных конструкций» Выполнил: студент гр. Б19-501-1з Сорокин Н.В. Проверил: Шайбадуллина А.В Оценка: Ижевск, 2021 1 Содержание 1. Введение 2. Свойства древесины 3. Положительные характеристики и недостатки древесины 4. Защита древесины 5. Применение древесины в строительстве 6. Арматура 7. Классификация арматуры 8. Свойства арматуры 9. Арматура в железобетоне 1.Введение Арматура — совокупность соединенных между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения (хотя также могут использоваться для усиления бетона в сжатой зоне). Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными, стеклопластиковыми, древесного происхождения (бамбук) и др. Древесина – самый легкий строительный материал, который при хорошей теплоизоляции имеет высокую прочность, благодаря чему находит применение в качестве несущих конструкций. Древесина является экологическим материалом, так как для ее роста используется солнечная энергия. Современное деревянное домостроение всегда находит новые пути производства технологичных претенциозных конструкций, например, для строительства помещений и мостов. Древесина, по сравнению с другими строительными материалами, требует меньших затрат энергии при производстве, транспортировки и обработке. И в окружающих нас лесах всегда можно найти необходимое количество древесины. 2.Свойства древесины Химический состав. В состав древесины входит ряд сложных органических соединений. Полный химический анализ показывает, что она содержит около 50% углерода, 6% водорода и 44% кислорода. Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных длинноцепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также 2 лигнином и различными экстрактивными веществами. Цементирующим межклеточным веществом являются в основном пектаты кальция и магния, а в клеточных полостях, особенно в древесине лиственных пород, накапливаются смолы, камеди, жиры, таннины, пигменты и минеральные вещества. В состав древесины входит 45-60% целлюлозы, 15-35% лигнина и 15-25% гемицеллюлоз. Количество инородных, экстрактивных веществ в значительной мере зависит от породы и неодинаково в заболони и ядровой древесине. Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%. Физические свойства. Относительная плотность древесины лежит в пределах от 0,1 (бальза) до 1,3 (железное дерево и некоторые другие тропические породы). Относительная плотность большей части деловой древесины составляет 0,2-0,75, плотность – 190-850 кг/м3. Относительная плотность древесинного вещества равна приблизительно 1,5. Следовательно, лишь около 1/6 объема легкой деловой древесины составляет твердое вещество, тогда как в более тяжелых сортах на него приходится около половины объема. Относительная плотность может быть различной и для одной породы деревьев, что обусловлено переменчивостью условий произрастания. Так, для сосны длиннохвойной эта величина может составлять от 0,25 до 0,80 (среднее значение 0,53). 3.Положительные свойства и недостатки древесины Теплопроводность и тепловое расширение древесины. Теплопроводность древесины зависит от влажности, температуры, направления волокон, объемного веса и породы дерева. Коэффициент теплопроводности А, зависит от направления, в котором передается тепло через древесину. Можно считать, что вдоль волокон он примерно в 1,8 раза больше, чем поперек волокон, и в среднем равен 0,15- 0,27 ккал/.ч • ч • град. Зависимость теплопроводности поперек волокон от температуры различна для сухой и влажной древесины; для влажной древесины – степенная, а для сухой – линейная. Это объясняется различием в изменении теплопроводности от температуры воды и воздуха: у воды оно подчинено закону кривой, а у воздуха- закону прямой. Данные таблицы показывают, что коэффициент линейного расширения древесины вдоль волокон значительно меньше, чем стали и бетона. В этом отношении деревянные конструкции выгодно отличаются от стальных и бетонных, при устройстве которых необходимы дополнительные мероприятия, например, устройство температурных швов для компенсации увеличения размеров конструкции при повышении температуры. В поперечном же направлении коэффициент линейного расширения древесины значительно больше, чем стали и бетона. 3 Звукопроводность и звукопроницаемость древесины. Древесина является хорошим проводником звука, который распространяется в ней в 3–17 раз быстрее, чем в воздухе. Скорость распространения звука больше всего вдоль волокон и меньше всего в поперечном направлении. В древесине сосны вдоль волокон она равна приблизительно 5000, поперек волокон в радиальном направлении – 1450 и в тан-гентальном направлении – 850 м/сек. В среднем, учитывая значения скорости распространения звука в древесине других пород, можно считать, что звукопроводность вдоль волокон относится к звукопроводности в радиальном и тангентальном направлении как 14:5:3. Способность древесины пропускать звук называется звукопроницаемостью. Это свойство имеет весьма существенное значение в жилищном строительстве, так как древесина широко применяется для устройства стен, перегородок и полов. Звукопроницаемость древесины весьма высока, характеризуется она коэффициентом звукопроницаемости, представляющим собой отношения количества звуковой энергии, прошедшей через перегородку из испытываемого материала, к количеству звуковой энергии, действующей на перегородку. Для примера укажем, что коэффициент звукопроницаемости бетонной перегородки толщиной 2,5 см составляет 0,11, а деревянной – приблизительно 0,65. Стойкость древесины к действию воды и агрессивных жидкостей. Стойкость древесины к действию воды изучена еще недостаточно. Установлено (исследование И. Д. Грачева), что у древесины ели, сосны, березы и осины, в течение длительного времени находящихся в воде (до 30 лет), несколько изменились механические свойства по сравнению со свойствами свежей древесины. В морской воде древесина сохраняется значительно хуже, чем в речной или озерной пресной воде. Исследования образцов древесины сосновых свай из сооружений Бакинского порта, пробывших в воде около 30 лет, показали, что ее механические свойства сильно понижены по сравнению со свойствами нормальной древесины. В воде большой биологической агрессивности стойкость древесины низка, поэтому применение ее в канализационных сооружениях не допускается. Длительное воздействие агрессивных жидкостей (кислот и щелочей) ' разрушает древесину и степень этого разрушения тем больше, чем выше концентрация растворов и продолжительнее их действие. Она также зависит от рода действующих на древесину кислот и щелочей. Как показали исследования проф. С. И. Ванина, степень разрушения обусловливается количеством свободных водородных и гидроксильных ионов в растворе; слабощелочные растворы разрушают древесину в очень малой степени. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН^2. Для сравнения укажем, что разрушение бетона и стали начинается лишь при рН$:5. Поэтому кислоты, обладающие слабо 4 выраженной диссоциацией (например, уксусная и молочная), могут вызывать лишь незначительное разрушение древесины даже при больших концентрациях. Проф. С. И. Ванин, исследуя стойкость различных пород древесины к действию серной, азотной, соляной и уксусной кислот, а также едкого натра, пришел к заключению, что древесина хвойных пород (сосны, ели, лиственницы) более стойка к действию этих реагентов, чем древесина лиственных пород (березы и бука). Установлено также, что из хвойных пород наибольшей стойкостью отличается древесина лиственницы. У всех хвойных пород ядровая и спелая древесина обладает большей стойкостью, чем заболонная. Недостатки древесины как материала, учитываемые при конструировании. Анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов; это затрудняет отбор материала для ответственных изделий и сооружений. Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Из-за неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала. Растрескивание – отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения (в емкостях, деревянных трубах, судах и т.п.). При закреплении разбухающих деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8 – 32 кгс/см2. Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положительные значения при заготовке колотых сортиментов. Загнивание, повреждение насекомыми, возгорание в неблагоприятных условиях службы. 4.Защита древесины Сушка древесины. Сушка уменьшает возможность гниения древесины и повышает прочность. Различают естественную и искусственную сушку. Естественная сушка производится на открытом воздухе, под навесами (для защиты от дождя и солнечных лучей) или в закрытых помещениях, с тем чтобы материал принял воздушно-сухое состояние (15… 20%). Такая сушка длится недели и даже месяцы, она не исключает поражения древесины грибами. Ее достоинством является отсутствие расхода тепловой энергии (топлива). Искусственная сушка осуществляется в короткие сроки, например в течение нескольких дней или часов. Она полностью исключает возможность заражения грибами и обеспечивает высокое качество древесины. Имеется несколько разновидностей 5 искусственной сушки. Камерная сушка производится в сушилках периодического и непрерывного действия в течение нескольких суток. Теплоносителем служат нагретый воздух, пар или дымовые газы с температурой 70 … 80°С. Также производится сушка древесины в электрическом поле высокой частоты. Древесина быстро и равномерно прогревается между электродами и высушивается в 10… 20 раз быстрее, чем при камерной сушке. Но этот вид сушки очень дорог и требует большого расхода электроэнергии. Более дешевым является способ сушки в жидких средах, в частности в ваннах с петролатумом (отходом при депарафинизации нефтяных масел) при температуре 130… 140 С. За несколько часов влага в древесине вскипает, превращается в пар с давлением выше атмосферного и удаляется; при этом материал не растрескивается и не коробится. Сушка в петролатуме не дороже камерной сушки, продолжительность ее 8 … 12 ч. Защита древесины от загнивания и поражения насекомыми. Существует ряд конструктивных мер для предотвращения загнивания древесины – изоляция ее от грунта, каменной кладки, бетона, устройство проветривания деревянных конструкций, защита от атмосферных осадков лакокрасочными покрытиями или гидроизоляционными материалами. Но эти меры не всегда могут полностью предохранить древесину от увлажнения и возникает необходимость в антисептировании деревянных материалов и изделий. Антисептики – это химические вещества, которые убивают грибы, вызывающие гнили, или создают среду, в которой их жизнедеятельность прекращается. Антисептики должны обладать токсичностью только по отношению к грибам и быть безвредными для людей и животных, не ухудшать качества древесины, по возможности не вызывать коррозию металлических креплений. Антисептики подразделяют на водорастворимые, применяемые только в сухих условиях, главным образом внутри помещений, и нерастворимые в воде, маслянистые, применяемые для антисептирования шпал, столбов, свай; также применяют иногда препараты, растворимые в зеленом масле, мазуте, керосине и сольвент-нафте. К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый натрий NaF порошок без запаха, белого цвета, применяемый в растворах 3… 4%-ной концентрации. При соприкосновении с известковыми, цементными и гипсовыми материалами фтористый натрий теряет свои токсические свойства. Кремнефтористый натрий – белый или серый порошок, применяется совместно с фтористым натрием или кальцинированной содой, а также в силикатных пастах. Кремнефтористый аммоний – белый порошок более высокой токсичности, чем фтористый натрий; повышает огнестойкость древесины, но вызывает слабую коррозию металла. Препарат ББК-3- смесь борной кислоты и буры, хорошо растворяется в воде, для людей практически безвреден. Препараты ХХЦ (смесь хлористого цинка и хромпика) и МХХЦ (смесь хлористого цинка, хромпика и медного 6 купороса) трудно вымываются водой, но окрашивают древесину в желто- зеленый цвет и вызывают коррозию металлов. Препарат ГР-48 – антисептик на основе пентахлорфенола, применяют в растворе 1 … 1,5%- ной концентрации для поверхностной защиты пиломатериалов, например от синевы и плесени. К маслянистым антисептикам относятся: антраценовое, креозотовое и сланцевое масла. Это темно-коричневые жидкости с резким запахом и сильными токсическими свойствами. Они не растворяются в воде, не вызывают коррозию металла, но скрашивают древесину в бурый цвет. Применяются для пропитки шпал, деталей мостов, свай, деревянных подводных конструкций и др. Нельзя применять в жилых помещениях. К органикорастворимым антисептикам относятся препараты типа ПЛ (растворы пентахлорфенола) и НМЛ (растворы нафтената меди в легких нефтепродуктах); они окрашивают древесину в зеленый цвет, затрудняют ее склеивание, являются высокотоксичными антисептиками. Применяют также антисептические пасты, приготовляемые из фтористого натрия, связующего вещества (битума, глины, жидкого стекла и др.) и наполнителя (например, торфяного порошка); пастами защищают элементы древесины с повышенной влажностью (выше 40%), а также концы балок в каменных стенах, столбы и др. Элементы открытых сооружений, обработанных пастой, защищают гидроизоляционным покрытием. Пропитку антисептиками производят поверхностной обработкой, в горяче- холодных ваннах и под давлением в автоклавах. Поверхностную обработку делают кистями или краскопультом в 2… 3 раза, иногда погружают изделия в ванну с антисептиком. Более глубокая пропитка получается при последовательном погружении изделия сначала в горячую (t = 90 … 95С), а затем в холодную (t = 20… 30С) ванну с антисептиком: в горячем антисептике из пор древесины уходит излишек воздуха, а при погружении в холодную ванну в порах образуется вакуум и антисептик пропитывает древесину на большую глубину. Наиболее глубокая пропитка антисептиком получается в специальных автоклавах под давлением: сначала в автоклаве создается вакуум, из пор древесины удаляется воздух, а затем автоклав наполняют горячим антисептиком с давлением до 0,6…1,5 Мпа. Получается почти сплошная пропитка древесины. Для борьбы с дереворазрушающими насекомыми используют главным образом химические средства, ядовитые вещества, убивающие насекомых и их личинки. Древесину обрабатывают опрыскиванием, обмазкой, пропиткой, опылением порошками или окуриванием газами. Можно использовать маслянистые и органикорастворимые антисептики, а также специальные инсектициды – хлорофос (диметилтрихлорксиэтилфосфонат), порошок и пасту ДДТ, дуст, а также некоторые газы (хлорпикрин). Защита древесины от возгорания. Древесина относится к легковозгораемым материалам. Ее возгорание 7 происходит при температуре 260… 290С, а при нагревании выше 350°С она может воспламенится из-за выделяющихся газов, поэтому деревянные конструкции удаляют от источников нагревания; деревянные элементы покрывают штукатуркой или облицовывают несгораемыми материалами (например, асбестоцементными); окрашивают огнезащитными красками или пропитывают специальными веществами – антипиренами. Огнезащитное действие антипиренов основано на том, что при нагревании древесины одни из них образуют оплавленную пленку на поверхности древесины, а другие – выделяют негорючие газы, оттесняющие воздух и выделяемые деревом при нагревании горючие газы от поверхности древесины. В качестве антипиренов применяют буру, хлористый аммоний, фосфорнокислый натрий и аммоний, сернокислый аммоний. Обработка антипиренами производится теми же способами, что и антисептирование. 5.Применение древесины в строительстве Древесина применяется в строительстве в таких формах, как пиломатериалы прямоугольного сечения (брус, доски), шпон, фанера, железнодорожные шпалы, столбы, сваи, стойки, гонт и древесноволокнистые плиты. Больше всего потребляется пиломатериалов прямоугольного сечения. Их производят распиловкой бревен, затем отделывают до стандартной ширины и длины, сортируют по качеству, сушат и поставляют потребителям в необработанном с поверхности, обработанном или формованном виде. Фанеру изготавливают, склеивая нечетное число тонких слоев древесины (шпона) так, чтобы волокна соседних слоев были взаимно перпендикулярны. Фанерные панели отличаются от обычных пиломатериалов тем, что (наряду с отсутствием ограничений по ширине) их прочность более равномерна в разных направлениях, они лучше сопротивляются раскалыванию, а их размеры меньше изменяются в условиях переменной влажности. 6.Арматура Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают для восприятия растягивающих напряжений или усиления сжатого бетона. В качестве арматуры применяют в основном сталь. В ряде случаев возможно применение и других материалов, например стеклопластика, обладающего высокой прочностью, химической стойкостью. Однако этот материал значительно дороже стали и его целесообразно применять лишь в конструкциях, к которым предъявляются специальные требования коррозионной стойкости, электроизолирующей способности и т.п. 7.Классификация арматуры 8 Арматура железобетонных конструкций классифицируется по назначению, по условиям работы, по способу изготовления. По назначению – на арматуру рабочую, которая воспринимает, главном образом, растягивающие усилия, возникающие в процессе эксплуатации конструкций, распределительную – для распределения усилий между рабочей арматурой, закрепления стержней в каркасе и обеспечения их совместной работы, монтажную – для обеспечения проектного положения отдельных стержней при сборке плоских и пространственных каркасов, хомуты – для восприятия поперечных усилий и предотвращения косых трещин в бетоне. По условиям работы арматуру подразделяют на ненапрягаемую и напрягаемую. Ненапрягаемую арматуру применяют в обычных железобетонных конструкциях, а также в предварительно напряженных, где она является нерабочей. В качестве напрягаемой рабочей целесообразно применять арматуру из высокопрочной стали, которая может воспринимать максимальные растягивающие силы. По способу изготовления арматуру подразделяют на стержневую и проволочную. Стержневую и проволочную арматуру выпускают гладкой и периодического профиля. Стержневую арматуру подразделяют на следующие виды: - горячекатаную (классов А-I; А-II А-III, А-IV; А-V); - термически упрочненную (классов Ат-IV; Ат-V; Ат-VI); - упрочненную вытяжкой (классов А-Iiв и А-IIIв). Профили арматуры: а – гладкая круглая; б, в – горячекатаная периодического профиля, классов А-II и А-III; г, д – сплющенная проволока; е – прядевая семипроволочная. Проволочную арматуру подразделяют на следующие виды: - арматурную проволоку из низкоуглеродистой стали круглую класса В-I и периодического профиля Вр- I, из углеродистой стали (высокопрочную) круглую класса В-II и периодического профиля Вр-II; 9 - арматурные пряди и канаты. Арматурные пряди семипроволочные класса К-7 и 19-проволочные класса К-19, а также канаты двухпрядевые класса К-2, трехпрядевые – К- 3 и многопрядевые – Кп. Арматурные стали классов А-I, А-II, А-III, В-I, Вр-I используют в качестве ненапрягаемой арматуры в обычных и преднапряженных конструкциях. Железобетонные конструкции армируют арматурными изделиями заводского и построечного производства: - плоскими и гнутыми сетками; - плоскими и пространственными каркасам; - различными типами закладных деталей. Часть арматурных изделий в настоящее время унифицированы. В ЦНИИпромзданий и ЦНИИОМТП разработаны унифицированные арматурные сетки и примеры армирования различных конструкций с использованием их. Оптимальная длина сеток, мм, при ширине, мм Оптимальная длина сеток, мм, при ширине, мм 1050 1450 2050 3050 1050 1450 2050 3050 1450 1450 4450 4450 4450 1750 1750 - - - 4750 4750 4750 2050 2050 - - - 5050 5050 5050 2350 2350 - - - 5350 5350 5350 2650 2650 2650 - - 5650 5650 5650 2950 2950 2950 2950 - 5950 5950 5950 3250 3250 3250 3250 - 6250 6250 6250 3350 3350 3350 3350 - 6550 6550 6550 3850 3850 3850 3850 - 6850 6850 6850 4150 4150 4150 4150 - 7150 7150 7150 Некоторые арматурные изделия унифицированы, а их производство централизовано. К таким изделиям относят тяжелые и легкие сетки. Тяжелые сетки изготавливают с рабочей арматурой одного направления диаметром 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 25 мм с шагом 200 мм и монтажной арматурой диаметром 8, 10 и 12 мм с шагом 600 мм. Рабочая арматура выполняется из стали классов А-II и А-III, монтажная – из стали класса А-I. Размерный модуль сеток принят равным 300 мм. Для изготовления легких сеток используют проволоку диаметром3,4 и 5 мм классов Вр-I и В-I и горячекатаную сталь диаметром 6 и 8 мм класса А-III. Сетки изготовляют в виде плоских элементов и в рулонах. 10 Длина плоских сеток 9 м, рулонные сетки выполняют шириной от 1 до 3,8 м и массой рулона от 900 до 1300 кг. Конструкции армируют как плоскими отдельными сетками, так и пространственными каркасами, собранными из унифицированных сеток. Плоские сетки поставляют пакетами, рулонные – рулоном массой 100- 150 кг с внутренним диаметром не менее 500 мм. Согласно размерам и типам бетонируемых конструкций составляют подбор сеток, план их раскладки, при необходимости производят резку сеток по необходимым размерам, соединяют сетки внахлестку с соответствующими размерами перекрытий стержней. Пространственные каркасы собирают из унифицированных тяжелых и легких сеток и стержней в виде замкнутых, прямоугольных и криволинейных конструкций, а также с переменным сечением по длине. Металлические закладные детали различной конфигурации выполняют из стальных пластин, к которым приваривают анкерные стержни для закрепления их в бетоне. Закладные детали изготавливают из арматурной стали классов А-I..А-III. Для плоских элементов применяют горячекатаную листовую, полосовую и фасонную стали марки Ст3. Закладные детали защищают от коррозии. От метода антикоррозионной защиты закладных деталей зависит надежность и долговечность сооружений. Применение лакокрасочных покрытий (масляная краска на железном сурике, эмаль и лак) не обеспечивает надежной защиты. В таких покрытиях образуются трещины и в местах их образования возникает интенсивная коррозия металла, которая по истечении некоторого времени существенно ослабляет стыковое соединение. Более эффективным методом защиты от коррозии является оцинкование стали. Цинк обладает большим отрицательным электрохимическим потенциалом, поэтому в присутствии влаги между слоем защищаемого металла и цинка образуется гальванический элемент, в котором цинк растворяется и защищает сталь от коррозии. Оцинкование закладных деталей выполняют гальванизацией, металлизацией или горячим способом. В местах с повышенным содержанием сернистых соединений, например в городах, а также после выполнения сварки, разрушающей покрытие, оцинкование производят методом металлизации: закладные детали очищают от коррозии пескоструйными аппаратами, затем распылением наносят слой расплавленного цинка. 8.Свойства арматуры 11 Физико-механические свойства. Эти свойства арматуры зависят от химического состава, способа производства и обработки. В мягких сталях содержание углерода составляет обычно 0,2…0,4 %. Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности при одновременном снижении деформативности и свариваемости. Изменение свойств сталей может быть достигнуто введением легирующих добавок. Марганец, хром повышают прочность без существенного снижения деформативности. Кремний, увеличивая прочность, ухудшает свариваемость. Повышение прочности может быть достигнуто также термическим упрочнением и механической вытяжкой. При термическом упрочнении вначале осуществляют нагрев арматуры до 800…900°С и быстрое охлаждение, а затем нагрев до 300…400°С с постепенным охлаждением. При механическом вытягивании арматуры на 3…5 % вследствие структурных изменений кристаллической решетки — наклепа сталь упрочняется. При повторной вытяжке (нагрузке) диаграмма деформирования 4 будет отличаться от исходной, а предел текучести существенно повысится. Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой «напряжения — деформации», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм «σ – ε» подразделяются на (рис. 1.6): 1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали); 2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколегированные, термически упрочненные стали); 3) стали с линейной зависимостью «σ – ε» почти до разрыва (высокопрочная проволока). Основные прочностные характеристики: для сталей вида 1 — физический предел текучести σ y ; для сталей видов 2 и 3 — условный предел текучести σ 0,2 , принимаемый равным напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2 %, и условный предел упругости σ 0,02 , при котором остаточные деформации 0,02 %. Помимо этого, характеристиками диаграмм являются предел прочности σ su (временное сопротивление) и предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали. Малые предельные удлинения могут послужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие пластические свойства сталей создают 12 благоприятные условия для работы железобетонных конструкций (перераспределение усилий в статически неопределимых системах, при интенсивных динамических воздействиях и т. П.). В зависимости от типа конструкций и условий эксплуатации наряду с основной характеристикой — диаграммой «σ – ε» в ряде случаев необходимо учитывать другие свойства арматурных сталей: свариваемость, реологические свойства, динамическое упрочнение и т. П. Диаграммы деформирования арматурных сталей: 1 — мягких: 2 — низколегированных и термически упрочненных; 3 — высокопрочной проволоки; 4 — механически упрочненных вытяжкой Под свариваемостью понимают способность арматуры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин, каверн и других дефектов в зоне сварного шва. Хорошей свариваемостью обладают горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные стали. Нельзя сваривать термически упрочненные стали (кроме специальных «свариваемых») и упрочненные вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения. Реологические свойства характеризуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть арматурных сталей проявляется лишь 13 при больших напряжениях и высоких температурах. Более опасна релаксация—падение напряжений во времени при неизменной длине образца (отсутствии деформаций). Релаксация зависит от химического состава стали, технологии изготовления, напряжения, температуры и др. Она наиболее интенсивно протекает в первые часы, но может продолжаться длительное время. Учет ее важен при расчете предварительно напряженных конструкций. Усталостное разрушение наблюдается при действии многократно повторяющейся нагрузки при пониженном сопротивлении и носит хрупкий характер. Прочность при многократно повторной нагрузке (предел выносливости) арматуры зависит от числа повторений нагрузки n и характеристики цикла нагружения ρ s Динамическое упрочнение имеет место при действии кратковременных (t ≤ 1с) динамических нагрузок большой интенсивности (взрывных, сейсмических). Превышение динамического предела текучести σ y,d над статическим σ y объясняется запаздыванием пластических деформаций и зависит от химического состава стали и скорости деформации. Для мягких сталей σ y,d = (1,2…1,3) σ y 9.Арматура в железобетоне Сцепление арматуры с бетоном. Сцепление арматуры с бетоном является одним из фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его существование как строительного материала. Сцепление обеспечивается: склеиванием геля с арматурой; трением, вызванным давлением от усадки бетона; зацеплением за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры. Выявление влияния каждого из этих факторов затруднительно и не имеет практического значения, так как они действуют совместно. Однако наибольшую роль в обеспечении сцепления (70...80 %) играет зацепление за бетон выступов и неровностей на поверхности арматуры. При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления τ bd , которые распределяются вдоль стержня неравномерно. Наибольшие их значения τ bd,max действуют на некотором расстоянии от торца элемента и не зависят от длины заделки 14 стержня в бетонеl an . Для оценки сцепления используют средние напряжения на длине заделки. Анкеровка арматуры в бетоне. Анкеровка — это закрепление концов арматуры внутри бетона или на его поверхности, способное воспринять определенное усилие. Анкеровка может осуществляться либо силами сцепления, либо специальными анкерными устройствами на концевых участках, либо теми и другими совместно. Анкеровка арматуры периодического профиля обеспечивается силами сцепления. Анкерные устройства на концах такой арматуры применяют в редких случаях. Для гладкой круглой арматуры, наоборот, сцепление недостаточно, и устройство крюков на концах стержней или приварка поперечных стержней на концевых участках, как правило, обязательны. Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором она учитывается с полным расчетным сопротивлением, на длину зоны анкеровки Усадка бетона в железобетонных конструкциях. Стальная арматура вследствие сцепления ее с бетоном является внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона при твердении на воздухе и свободному набуханию бетона при твердении в воде. Стесненная деформация усадки бетона в железобетонном элементе приводит к возникновению начальных напряжений: растягивающих в бетоне, сжимающих в арматуре. При достаточно высоком содержании арматуры в бетоне элемента могут возникнуть усадочные трещины. В предварительно напряженных элементах усадка бетона также оказывает отрицательное влияние, приводя к уменьшению предварительного напряжения в арматуре. Ползучесть бетона в железобетонных конструкциях. Арматура в железобетонных конструкциях, являясь, как и при усадке, внутренней связью, препятствует свободной деформации ползучести в бетоне. Вследствие сцепления арматуры с бетоном при продолжительном действии нагрузки ползучесть приводит к перераспределению напряжений между арматурой и бетоном. С течением времени напряжения в бетоне уменьшаются, в арматуре элементов без предварительного напряжения возрастают. Этот процесс 15 происходит непрерывно, пока деформации ползучести не достигнут своего предельного значения. Защитный слой бетона. В железобетонных конструкциях арматуру следует располагать на некотором расстоянии от их наружной поверхности, чтобы вокруг нее образовался защитный слой. Защитный слой обеспечивает совместную работу арматуры с бетоном на стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, а также защиту арматуры от коррозии, высоких температур и других воздействий. Коррозия железобетона и меры защиты от нее. Для обеспечения долговечности железобетонных конструкций необходимо принимать меры против развития коррозии бетона и арматуры. Коррозия бетона зависит от его прочности и плотности, свойств цемента и агрессивности среды. Коррозия арматуры вызывается недостаточным содержанием цемента или наличием в нем вредных добавок, чрезмерным раскрытием трещин, недостаточной толщиной защитного слоя. Коррозия арматуры может возникать независимо от коррозии бетона. Для уменьшения коррозии ограничивают агрессивность среды в процессе эксплуатации (отвод агрессивных вод, улучшение вентиляции помещений), применяют плотные бетоны на сульфатостойких и других специальных вяжущих, устраивают на поверхности бетона защитные покрытия, защитный слой необходимой трещины, ограничивают раскрытие трещин и т. д. При систематическом действии агрессивной среды производят расчет конструкций на это воздействие. |