загрузка...
загрузка...
На головну

ЗАЛІЗОБЕТОННІ КОНСТРУКЦІЇ

  1. Безсполучникові приєднувальні конструкції
  2. У передбачуваному готелі будуть використовуватися залізобетонні стіни, тому як технологія залізобетонних панелей є найпопулярнішою при будівництві багатоповерхових будівель
  3. вантові конструкції
  4. Величину максимального навантаження задає викладач. Перевищення максимального навантаження може привести до руйнування конструкції.
  5. Види і конструкції стропів, їх вибір
  6. Повітроопірна КОНСТРУКЦІЇ
  7. Вопрос.Аппаратура блочного монтажу, типові конструкції, способи монтажу.

Залізобетон складається з бетону і розташованих в ньому сталевих стрижнів, які називаються арматурою. Сталева арматура становить з бетоном моноліт, який в процесі навантаження деформується спільно.

Бетон володіє значним опором стискає напруженням і вельми малим опором розтягуванню. Міцність бетону на розтяг в 10-15 разів менше міцності на стиск.

Сталь відмінно працює на розтяг. Тому в залізобетоні стискають напруги сприймаються бетоном, а розтягують - сталевими арматурами.

У згинаються залізобетонних елементах робочу арматуру розміщують зазвичай в розтягнутій зоні відповідно до епюр згинальних моментів.

Крім економічних залізобетон володіє рядом інших важливих технічних переваг:

· Підвищена довговічність завдяки надійного зберігання арматури, укладеної в бетон;

· Міцність з часом не зменшується;

· Гарний опір атмосферного впливу;

· Висока вогнестійкість;

· Можливість виготовлення деталей і несучих елементів будь-якої конструктивної та архітектурної форми;

· Малі витрати часу на виготовлення і монтаж будівельних конструкцій.

Для того щоб зрозуміти як працює залізобетон і визначити необхідні для розрахунку характеристики, розглянемо окремо властивості бетону і сталевої арматури.

3.1. бетон

Бетон, як штучний будівельний матеріал, виходить в результаті затвердіння ущільненої суміші в'язкої речовини, води, заповнювачів і добавок.

Бетон повинен мати високу міцність, хорошим зчепленням з арматурою і щільністю, яка забезпечує збереження арматури від корозії і довговічність конструкції.

Фізико-хімічні властивості бетону залежать від стану суміші, виду в'яжучого речовини, добавок і наповнювачів, способів приготування бетону, умов затвердіння, віку бетону та ін.

Найбільш широке застосування в будівництві набули звичайні важкі бетони щільністю  , Що готуються на основі звичайних щільних заповнювачів.

Матеріали відносять до щільних (нерудні будівельні матеріали, щебінь і пісок з відходів промисловості), якщо щільність зерен становить понад 2,0 г / см3 і до пористих (пористі наповнювачі) - якщо щільність зерен - до 2,0 г / см3.

Залежно від об'ємної маси бетони підрозділяються на особливо важкі  , важкі  , легкі  і особливо легкі  . По виду в'яжучого речовини цементні, силікатні, гіпсові, асфальтобетоновие, полімербетоновие і інші. За призначенням розрізняють звичайні бетони, гідротехнічні, дорожні, теплоізоляційні, декоративні, спеціального призначення (хіміческістойкіе, жаростійкі, від ядерного випромінювання).

Основним показником якості бетону є міцність при стисненні, за яким встановлюється його марка.

3.1.1. міцність бетону

При осьовому стисненні бетону виникають деформації в поздовжньому і поперечному напрямку.

При зростанні стискає напруги від нуля до руйнівного напруження можна відзначити характерні структурні зміни бетону.

Результати випробувань бетонних зразків на стиск залежать від їх форми і розмірів. При випробуваннях необхідно враховувати вплив сил тертя між подушками преса і гранями зразка. Сили тертя спрямовані всередину зразка, перешкоджаючи вільному розвитку деформацій, і тим самим завищують реальний опір бетону.

Рис.13. Випробування бетонних зразків на стиск

a) кубічний зразок; b) кубічний зразок без тертя;

с) призматичний зразок

Вплив торців на деформування зразка зменшується в міру віддалення від них - бетонний кубик при руйнуванні отримує форму двох усічених пірамід, звернених один до одного вершинами (рис. 13, а).

При зниженні сил тертя на торцях бетонного зразка характер руйнування змінюється, тріщини стають вертикально спрямованими (рис. 13, b), а опір кубика стиску значно знижуються.

З цієї причини зразки призматичної форми (рис.13, с) показують меншу міцність, ніж кубічні зразки при однаковому розмірі поперечного перерізу. Зі збільшенням відносини  міцність призматичного зразка зменшується, але при  стає постійною.

Таким чином, в залежності від впливу сил тертя, руйнування відбувається внаслідок утворення поздовжніх тріщин або по похилих площинах від зрізу (зсуву).

На результати випробувань бетону сильно впливає швидкість навантаження зразка. При швидкому навантаженні показники міцності бетону можуть зрости до 10%.

Для практичного використання зручно зв'язати міцність кубічного зразка  (150х150х150 мм) з міцністю призматичного зразка  (Для призм )

 (3.1)

призматичну міцність  використовують при розрахунку на вигин і стиск бетонних і залізобетонних конструкцій (балок, колон, арок і т.п.).

Міцність бетону при осьовому розтягу  в 10-20 разів нижче, ніж при стисканні.

Межа міцності бетону при розтягуванні  пов'язаний з кубикової міцністю  емпіричної залежністю:

 . (3.2)

3.1.2. Деформація бетону під навантаженням

При одноразовому навантаженні бетонних зразків стискають навантаженнями діаграма напруги - деформації (  ) Має вигнутий характер (рис. 14). У бетоні одночасно з пружними деформаціями розвиваються і непружні деформації, обумовлені ползучестью, тобто здатністю зразка деформуватися в часі при незмінному навантаженні.

Рис.14. Діаграма випробувань бетонних зразків

При дуже швидкому (миттєвому) навантаженні бетонного зразка деформації, що виникають в ньому, пропорційні прикладається навантажень, тобто виконується закон Гука. Відображенням такого характеру деформування бетонного зразка є пряма, проведена з початку координат по дотичній до дійсної діаграмі  , А тангенс кута нахилу цієї дотичної до осі абсцис називається модулем пружності бетону

 (3.3)

 , (3.4)

де  - Кут, що характеризує пружні деформації в бетоні;

 - Напруги в бетонному зразку;

 - Пружна складова деформацій зразка.

Якщо зразок навантажувати поступово, то діаграма  прийме також ступінчастий вигляд. Похилі лінії будуть відображати пружні деформації, а горизонтальні майданчики - непружні деформації, викликані ползучестью бетону.

Тоді в будь-який момент навантаження загальні деформації будуть визначатися сумою пружних і пластичних деформацій

 , (3.5)

де  - Загальна деформація бетонного зразка;

 - Пластична складова загальних деформацій.

Зі зменшенням швидкості навантаження бетонного зразка криві деформацій все більше відхиляються від прямої лінії пружних деформацій, як це видно на діаграмі (рис. 14, b).

Особливо слід підкреслити, що в процесі розвантаження ще не разрушившегося зразка залежність  матиме практично прямолінійний характер. На діаграмі це буде відбиватися прямий паралельної лінії пружних деформацій (?0), При цьому в зразку виникнуть залишкові деформації .

Розвиток повних деформацій  буде характеризуватися модулем упругопластічни або модулем деформації бетону

 , (3.6)

де  - Кут нахилу січної кривої повних деформацій (рис. 14).

З метою поділу властивостей бетону вводяться коефіцієнти пружності і пластичності бетону.

Коефіцієнт пружності бетону

 . (3.7)

Практичні значення коефіцієнта пружності змінюються в наступних межах  . Граничним граничним значенням відповідають ідеальна пружність  і ідеальна пластичність .

Коефіцієнт пластичності бетону

 . (3.8)

Зі збільшенням  і тривалості дії навантаження на бетонний зразок коефіцієнт пружності  зменшується.

Очевидна зв'язок між коефіцієнтами пружності і пластичності бетону

 , (3.9)

Модуль упругопластічни бетону  виражається через коефіцієнти пружності і пластичності

 . (3.10)

При розтягуванні діаграма деформування бетону також як і при стисненні криволинейная.

Модулі пружності бетону приймаються однаковими при стисненні і розтягуванні.

Відповідно модуль упругопластічни бетону  при розтягуванні буде виражатися через коефіцієнти пружності і пластичності

 (3.11)

де  - Індекс позначає випробування бетонного зразка при розтягуванні;

 - Коефіцієнт пластичності бетону при розтягуванні.

Величина модуля пружності  зі збільшенням міцності бетону зростає. Для звичайного бетону середня величина  ? 27000 - 39000 МПа, тобто в 5-8 разів менше модуля пружності стали.

Коефіцієнт Пуассона зі збільшенням напруги зростає, його первісне значення .

Модуль зсуву бетону  залежить від його модуля пружності і коефіцієнта Пуассона

 . (3.12)

3.1.3. Класи і марки бетону.

Властивості бетону змінюються в досить широких межах, тому показник міцності задають з певним запасом надійності.

Клас бетону по міцності на стиск  встановлюють за результатами випробувань бетонних  кубиків з ребром 15 см після 28 добового їх витримування при температурі 20 2 оC і відносній вологості середовища не нижче 95%.

Для бетонних і залізобетонних конструкцій із звичайного важкого бетону передбачаються наступні класи по міцності на стиск :  3,5;  5;  7,5;  10;  12,5;  15;  20 ...  60.

Класи бетону по міцності на розтягнення  встановлюються: Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2.

Марка бетону відповідає середній щільності бетону у висушеному стані, кг / м3 :

· Легкі бетони Д800, Д900, Д1000, ..., Д2000 (Через 100 одиниць);

· полегшені Д2000, Д2100, Д2200;

· Важкі> Д2200.

Марки бетону також розрізняють по морозостійкості і водонепроникності.

3.2. арматура

Як уже зазначалося, бетон має міцність на розтягнення у багато разів менше, ніж на стиск. Тому в ті бетонні конструкції, які при роботі будуть піддаватися розтягуючих зусиль, вигину або зсуву, вводять каркас з сталевої арматури (рис.15).

Рис.15. Вигин залізобетонної балки

1) бетонна балка; 2) сталева арматура; 3) тріщини в розтягнутому бетоні

Арматура залізобетонних конструкцій за своїм призначенням поділяється на наступну:

· Робочі стрижні - для сприйняття діючих зусиль; площа поперечних перерізів визначається розрахунком за граничними станами;

· Монтажні стрижні - для освіти з окремих стрижнів армованих сіток і каркасів; встановлюється виходячи з конструктивних міркувань.

Залежно від технології виготовлення арматури розрізняють:

· Стрижневу гарячекатану;

· Дротяну холоднотягнутий.

Стрижнева арматура після прокату може бути піддана термічній обробці або механічного впливу (витяжці, сплющиванию і т.д.) для утворення наклепу з більш високими властивостями міцності.

Залежно від характеру поверхні арматури розрізняють:

· Гладку;

· Періодичного профілю (для поліпшення зчеплення з бетоном).

Для виготовлення арматури використовується м'яка, тверда і зміцнена сталь (рис.16).

Рис.16. Діаграми деформування арматурних сталей

1 - м'яка; 2 - тверда; 3 - зміцнена

1. М'які гарячекатані стали (Ст3, Ст5, 25Г2С та ін.) Мають майданчик плинності і відрізняються значним подовженням при розриві .

2. Тверді стали - холоднодеформируемой (витяжка, волочіння, сплющування і т. П.) І термічно зміцнені (нагрів до 800оС, швидке охолодження в маслі і відпустка в свинцевою ванні при 500оС). Відсутня майданчик плинності, відносне подовження при розриві  = 3 - 5%, руйнування - крихке.

3. Зміцнення стали холодним деформуванням засноване на явищі наклепу - підвищення межі текучості стали  в результаті навантаження стрижнів до напруги  і подальшого розвантаження. При повторному навантаженні лінії навантаження і розвантаження будуть збігатися до точки .

Стрижнева арматура підрозділяється на класи:

· гарячекатана А-I, А-II, ... A-VI;

· Термічно і термомеханічні зміцнену AТ-III, AТ-IV, ... AТ-VII;

· Зміцнену витяжкою A-IIIв.

В якості арматури залізобетонних конструкцій найбільше застосування знайшла гарячекатана сталь періодичного профілю (рис. 17). Форма періодичного профілю поліпшує зчеплення арматури з бетоном.

Рис.17. Сталева арматура періодичного профілю

Для армування залізобетонних конструкцій широко застосовують звичайну арматурний дріт класу Вр-I (Рифлена) діаметром 3-5 мм, що отримується холодним волочінням низьковуглецевої сталі через систему каліброваних отворів - фільєри.

В якості основної робочої арматури для звичайних залізобетонних конструкцій найбільш часто застосовується стрижнева арматура класу А-III і арматурний дріт класу Вр-I.

3.3. Арматурні вироби, закладні деталі і стики

Арматурні вироби, як правило, виготовляють в арматурних цехах заводів залізобетонних виробів (ЗБВ).

Сітки зварні та каркаси виробляють в цехах оснащених обладнанням для редагування, різання, гнуття, витяжки та зварювання арматури.

Для виготовлення зварних рулонних (рис. 18, а) і плоских сіток застосовують арматурний дріт Вр-I діаметром 3-5 мм, а для армуючих плит стрижневу арматуру А-III діаметром 6-10 мм.

У масивних залізобетонних конструкціях використовують плоскі зварні сітки з стрижневий арматури діаметром більше 10 мм (рис.18. Б).

У місцях перетину все стрижні сіток з'єднуються контактним точковим зварюванням.

Для армування лінійних елементів (балок, колон) застосовуються просторові каркаси з поздовжніх і поперечних стрижнів.

 а) б)

Рис.18. Сталеві арматурні сітки

а) рулонний сітка; б) плоска зварна сітка

Для зручності транспортування і монтажу сітки об'єднуються в просторові каркаси (рис.19).

Рис.19. Просторові каркаси зі сталевої арматури

При виготовленні арматурних виробів до них приварюють закладні деталі різної форми і розмірів, що з'єднують пристрій збірних елементів між собою і кріплення до конструкцій різного устаткування і деталей (рис. 20).

Рис.20. Заставні деталі арматурних виробів

1 - сталева пластина; 2 - нормальні анкери; 3 - упор зі сталевої пластини

Заставні деталі повинні бути максимально простими, технологічними і мати достатню міцність і твердість.

Для виготовлення закладних деталей застосовують листові й фасонні прокатні профілі з привареними до них анкерними арматурними стрижнями.

Анкерні стрижні забезпечують зв'язок анкерних пластин з бетоном і передачу на них зусиль. Сталеві упори сприймають зсувні зусилля.

3.4. властивості залізобетону

Властивості залізобетону залежать від властивостей бетону і арматури, кількості арматури, її розміщення в конструкції, наявності попередніх напружень.

Зазвичай залізобетон має низьку трещиностойкостью. Наприклад, в балках при навантаженнях складових 20-30% від граничних, в розтягнутій зоні бетону вже утворюються тріщини.

Однак тріщини в бетоні, в більшості випадків, не перешкоджають нормальній експлуатації конструкції.

Зчеплення арматури з бетоном забезпечується зв'язком арматури з цементним каменем, силами тертя, що виникають завдяки обтисненню арматури бетоном при його усадки, опором бетону зрізу при наявності виступів на поверхні арматури.

Зчеплення арматури періодичного профілю з бетоном в 2-3 рази вище, ніж арматури гладкого профілю.

Рис.21. Випробування на зчеплення арматури з бетоном

При висмикуванні стержня з бетону силою  (Рис. 21) дотичні напруження зчеплення  , Розподіляються вздовж арматурного стержня нерівномірно. Максимальні напруги виникають на деякій відстані від початку закладення. Середні (умовні) напруги зчеплення визначаються з припущення про рівномірність розподілу сил зчеплення по поверхні арматури

 , (3.13)

де  - Периметр стержня;

 - Довжина закладення сталевого арматурного стержня.

Опір зрушенню сталевої арматури в бетоні зростає з підвищенням міцності, щільності та віку бетону. В середньому для звичайного бетону з арматурою гладкого профілю напруги зчеплення змінюються в наступних межах  = 2,5  4,0 МПа, а для бетону з арматурою періодичного профілю  > 7 МПа.

Завдяки зчепленню арматура з бетоном в навантаженої конструкції деформуються спільно, тобто переміщення в точках контакту рівні. При цьому внутрішні зусилля перерозподіляються між ними відповідно до відношенням упругопластических і фізичних властивостей бетону і сталі.

3.5. Методи розрахунку на міцність залізобетонних конструкцій

При розрахунку на міцність залізобетонних конструкцій окремо розглядають три основних випадку: стиснення; розтягнення; вигин.

3.5.1. Стиснення прямого залізобетонного елемента

Залізобетонні елементи, що піддаються осьовому стиску, армуються поздовжніми і поперечними стрижнями, які називаються хомутами.

Рис.22. Втрата стійкості арматури в стислому залізобетонному елементі

а) без поперечної арматури; б) при наявності поперечної

1 - випинання поздовжньої арматури; 2 руйнування бетону;

3 - поперечна арматура

Хомути перешкоджають втрати стійкості стислих елементів. Якщо поздовжні стрижні арматури встановити без закріплення хомутами, то до певної стискаючого навантаження арматура і бетон працюють спільно, але потім сталеві стрижні втрачають стійкість, витріщає і руйнують захисний шар арматури.

При осьовому стисненні прямолінійного залізобетонного елемента (рис. 23) деформації в арматурі і бетоні рівні і виражаються через напруги.

Рис.23. Розрахункова схема стискається залізобетонного елемента

Рівняння спільності деформацій арматури і бетону

 , (3.14)

де  - Деформація сталевої арматури;

 - Деформація бетону;

 - Модуль пружності бетону;

 коефіцієнт пружності бетону.

З умови рівноваги стисненого залізобетонного елемента поздовжня сила в перерізі визначається, як сума сил виникають в бетоні і арматурі

 (3.15)

де  - Сумарна площа перерізу поздовжньої арматури;

 - Площа перерізу бетону.

З умови спільності деформацій отримаємо вираз для напруги в арматурі

,

 , (3.16)

де  коефіцієнт привиди.

Підставивши вираз для напружень в арматурі  (3.15) в рівняння для поздовжньої сили  (3.14) отримаємо зв'язок між напруженнями в бетоні і стискає силою

 , (3.17)

де  коефіцієнт армування.

З іншого боку, якщо відома стискає сила можна обчислити напруги в бетоні

 , (3.18)

Напруження в бетоні і арматурі залежать від коефіцієнта пружності бетону  , Який пов'язаний з напругою нелінійної залежністю і визначається по діаграмі випробувань бетонних зразків на стиск.

Коефіцієнт пружності бетону  при тривалій витримці стискається елемента під навантаженням зменшується через повзучості бетону, що призводить до зниження напруги в бетоні. При цьому в результаті перерозподілу внутрішніх сил між бетоном і арматурою напруги в арматурі зростають.

При збільшенні зовнішніх навантажень напруги в бетоні  досягають межі міцності  . Напруження в арматурі будуть залежати від величини коефіцієнта пружності бетону, який для моменту руйнування зразка експериментально приймають  = 0,25

 . (3.19)

Таким чином, умова міцності за першим граничним станом полягатиме в тому, щоб поздовжня сила від розрахункових навантажень  було менше суми внутрішніх сил в бетоні і арматурі

 . (3.20)

Слід зазначити, що умова міцності (3.19) справедливо тільки для коротких, що не гнучких залізобетонних елементів, які не можуть втратити стійкість при стисненні.

3.5.2. Напруги і деформації в залізобетоні при розтягуванні

При осьовому розтягу залізобетонних елементів розрізняють три стадії навантаження, якi характеризуються напружено-деформованим станом.

На стадії 1 (рис. 24) в залізобетонному елементі немає тріщин, напруги в бетоні .

Деформації бетону та арматури рівні по всій довжині, тому що зчеплення між ними не порушено

 . (3.21)

Зв'язок між деформаціями і напруженнями в бетоні визначається діаграмою деформування

 , (3.22)

Напруження в арматурі пов'язані з деформаціями законом Гука

 , (3.23)

З врахуванням того, що

 , (3.24)

 . (3.25)

У міру зростання навантаження напруги в бетоні досягають межі міцності на розрив . На цьому закінчується стадія 1 і настає стадія 2 - утворення тріщин в бетоні.

Напруга в бетоні (кінець стадії 1) досягає межі міцності на розтяг, а деформація стає рівною

 (3.26)

На підставі обробки великого числа дослідів запропоновано вважати, що при розтягуванні коефіцієнт пружності бетону в момент руйнування  = 0,5.

Тоді деформації бетону

 , (3.27)

а напруга в арматурі

 (3.28)

Зусилля в момент появи тріщин

 . (3.29)

Мал. 24. Розрахункова схема розтягуваного залізобетонного елемента

На стадії 2, коли з'являються тріщини в бетоні, в перетинах, що проходять через ці тріщини, опір розтягуванню надає тільки арматура. У перетинах між тріщинами опір навантаженні надають і бетон і арматура, при цьому в міру віддалення від тріщин напруга в арматурі убуває, а в бетоні зростає (рис. 24).

На стадії 3 напруги в арматурі досягають межі міцності (тимчасового опору)  і залізобетонний елемент руйнується при зусиллі

 . (3.30)

3.5.3. Напруги і деформації в залізобетонному елементі при вигині

При вигині залізобетонної балки в залежності від величини згинального моменту в перетині послідовно виникають наступні стадії напружено-деформованого стану.

стадія  . При малих навантаженнях напруги в бетоні і арматурі малі. У бетоні виникають переважно пружні деформації. Епюру напружень, що виникають в стислій і розтягнутої зонах згинаного елемента, можна зобразити майже прямою лінією.

Рис.25. Розрахункова схема згинаного залізобетонного елемента

При збільшенні навантаження напруги в бетоні і арматурі ростуть, в бетоні розвиваються як пружні, так і непружні деформації, епюри напружень викривляються, нейтральна вісь балки переміщується в бік стислій області балки. стадія  характеризується відсутністю тріщин в розтягнутому бетоні і зусилля сприймаються всім перетином (при визначенні напружень допускається застосування залежностей опору пружних матеріалів).

Кінцевим етапом стадії  є стадія  , На якій напруги бетону в розтягнутій зоні поперечного перерізу балки досягають межі міцності на розтяг .

стадія  настає з появою тріщин в розтягнутій зоні. У цей час характерною є робота залізобетону при наявності тріщин. Напруження в розтягнутій зоні бетону в перетинах, що проходять по тріщині, приймаються рівними нулю по всій висоті розтягнутої зони.

Напруження в стислій зоні бетону на стадії  залишаються менше межі міцності бетону  , А в розтягнутій арматурі на початку вони рівні  , А на кінцевому етапі в стадії  досягають розрахункового опору арматури розтягуванню .

Характер руйнування на стадії  залежить від кількості розтягнутої арматури і її механічних властивостей. Коли напруги в арматурі досягають межі текучості  відбувається швидке наростання пластичних деформацій і прогинів балки. У стислій зоні бетону напруги досягають межі міцності на стиск  і він починає руйнуватися. Настає граничний стан згинаного залізобетонного елемента.



Попередня   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   Наступна

СТІЙКІСТЬ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ | Розрахунок на міцність елементів, що згинаються окремо розташованих опор | Розрахунок елементів будівельних конструкцій на стиск | Розрахунок окремо стоїть фундаменту під колону | Розрахунок поздовжніх деформацій надземної ділянки трубопроводу | сферичні резервуари |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати