Файл: Ашрабов, А. Б.pdf

По способу изготовления различают сборные, моно­ литные и сборно-монолитные конструкции.

В монолитном железобетоне все операции по изготов­ лению конструкций выполняются на месте возведения зданий.

При сборном железобетоне элементы конструкций зда­ ний изготовляются на заводах железобетонных изделий с применением обычной гибкой и напрягаемой арматуры.

По характеру армирования железобетон подразделя­ ется на конструкции с обычной (гибкой), несущей (же­ сткой) и предварительно-напряженной арматурой. Обыч­ ное армирование, включая и косвенное армирование, является основным видом армирования железобетонных элементов. Несущая арматура в виде прокатных профилей пр,и возведении конструкций под значительные нагрузки и при бетонировании железобетона без лесов ввиду вы­ сокой стоимости не получила значительного распростра­ нения. Применение предварительно-напряженной высоко­ прочной арматуры является наиболее эффективным спо­ собом совершенствования железобетонных конструкций в современном строительстве.

Условия совместной, работы бетона и арматуры в со­ четании с физико-механическими характеристиками бе­ тона и арматуры являются дополнительными факторами, в значительной мере определяющими свойства железобе­ тонных конструкций.

Сцепление арматуры с бетоном. Совместная работа бетона с арматурой обеспечивается силами сцепления, возникающими в результате непрерывной связи по по­ верхности их контакта. Сила сцепления зависит в основ­ ном от трех факторов:

1)механического зацепления, являющегося наиболее основным фактором и возникающего благодаря наличию неровностей и выступов на поверхности арматуры;

2)трения, возникающего по поверхности арматуры при ее обжатии вследствие усадки бетона;

3)склеивания арматуры с. бетоном вследствие клея­ щей способности гелевой структурной составляющей це­ ментного камня бетона.

Очень часто все три фактора действуют совместно. Для гладкой арматуры сцепление определяется двумя

последними факторами, а для арматуры периодического профиля основным является механическое зацепление,

70

при котором максимально используется сопротивление бетона срезу.

Величина сил сцепления устанавливается по резуль­ татам испытания выдергиванием арматурных стержней, заделанных в бетон. Напряжения сцепления х с ц распре­ деляются неравномерно по длине заделанного стержня и имеют наибольшую величину ближе к началу заделки и затухают на некотором расстоянии. Поэтому требуемая величина заделки арматуры в бетон ограничена и опреде­ ляется эпюрой касательных напряжений (рис. I . 23). Среднее значение напряжения сцепления определяется по формуле

где Р — усилие в загруженном сечении стержня; d—средний диаметр арматуры;

4 — длина забетонированной части стержня (длина заделки).

г—

• о * о •

# • О О • О сэ о "

S3

е

о

Сжатие

Начальное]

сцепление

I Растяжение

Рис. I. 23. Сцепление арматуры с бетоном.

71

Существенное влияние на величину напряжений сцеп­ ления оказывает вид напряженного состояния железобе­ тонного элемента. Из-за сопротивления арматуры и бето­ на поперечным деформациям при вдавливании стержня в бетон силы сцепления больше, чем при его выдергива­ нии. Поэтому если арматура находится в растянутом бе­

Наименьшую длину заделки круглого стержня можно приближенно определить из условия равнопрочности со­ противлению выдернутого забетонированного арматурно­

висит от рабочих сечений и модулей упругости этих мате­ риалов.

После появления трещин в растянутой зоне сечения бетонного элемента эти отношения принимают более сложный характер.

Усадка и ползучесть в железобетоне. Наличие сталь­ ной арматуры в железобетонном элементе существенно

72

усложняет картину его напряженно-деформированного состояния. Сцепление арматуры с бетоном способствует уменьшению (рис. I . 24) деформаций усадки и приводит к появлению в железобетоне взаимно уравновешенных полей напряжений — растяжения в бетоне и сжатия в арматуре. При этом арматура как бы связывает свобод­ ные деформации бетона, что при наличии мощной арма­ туры может привести к значительным растягивающим на­ пряжениям в бетоне, при которых появляются трещины.

£i

2/0

-2-Ю

-4-10

-6-Ю

Рас. 1. 24. Усадка и разбухание:

1 — бетона; 2 — железобетона.

Следует отметить, что усадочные деформации могут проявляться неравномерно по сечению элемента, вслед­ ствие неравномерности высыхания бетона по глубине. Это вызывает трудности при определении усадочных напря­ жений. На практике для предотвращения трещинообразования в сильно армированных железобетонных конст­ рукциях применяется противоусадочная арматура в виде сеток.

При несимметричном расположении арматуры в сече­ нии железобетонного элемента в бетоне могут возникать не только растягивающие напряжения, дополнительно усиливаемые суммарным эффектом изгибающего момента и продольной силы, но и сжимающие. При продолжитель­ ном действии нагрузраи на железобетонный элемент вслед­ ствие ползучести бетона происходит постепенное перерас­ пределение напряжений с бетона на арматуру. Этот про­ цесс происходит в течение длительного времени и со вре­ менем постепенно затухает. Влияние усадки и ползучести бетона на напряженно-деформированное состояние рас-

73

)

тянутых и изгибаемых железобетонных элементов качест­ венно различны. В арматуре растянутых элементов усад­ ка бетона уменьшает напряжения, а ползучесть увеличи­ вает, в то время как в бетоне усадка их увеличивает, а ползучесть уменьшает.

В изгибаемых элементах ползучесть вызывает в бето­ не дополнительное напряжение, обратное по знаку напря­ жению, вызванному нагрузкой. Дополнительное напря­ жение в результате усадки бетона накладывается на на­ пряженное состояние нагруженного элемента. Во всех случаях ползучесть и усадка бетона, работающего совме­ стно с арматурой, существенно влияют на общие дефор­ мации железобетонных элементов (прогибы, перемеще­ ния, углы поворота), что приводит к изменению во време­ ни значений лишних неизвестных в статически неопреде­ лимых системах. Следовательно, значительно изменяются и силовые факторы (изгибающие моменты, нормальные и поперечные силы) во всех сечениях.

Особенно сильно сказывается влияние ползучести и усадки на работе тонкостенных железобетонных конструк­ ций (оболочек, сводов, резервуаров, труб и т. д.).

В настоящее время при расчете некоторых видов же­ лезобетонных конструкций согласно нормам требуется учитывать влияние ползучести и усадки бетона. Предстоя­ щее расширение этих требований вызывает необходи­ мость дальнейших исследований в области теории и прак­ тики железобетона, учета длительных процессов.

Влияние температур на железобетон При действии повышенных температур на железобетонные конструкции значительно снижается их несущая способность и увели­ чивается деформативность, что должно учитываться при расчете влияния температурного фактора на физико-ме­ ханические свойства бетона и арматуры.

При рассмотрении этой проблемы остро чувствуется недостаточность теоретических и экспериментальных раз­ работок как у нас в стране, так и за рубежом. Изменение структурных особенностей цементного камня под дейст­ вием химических и физико-механических аспектов влия­ ния температуры, различие температурных деформаций цементного камня и заполнителя, влияние температуры на упруго-пластические свойства арматуры и ее сцепле­ ние с бетоном обусловливают применение обычного бето­ на до температур 350—400 °С при различном характере

74

их воздействий. При более высоких температурах приме­ няются специальные жаростойкие бетоны.

Экспериментальные исследования показали снижение прочности образцов при воздействии повышенной темпе­ ратуры на 15—20% по сравнению с ненагревавшимися. Это объясняется дополнительными внутренними напря­ жениями, возникающими вследствие различных значений коэффициентов линейного температурного расширения а для цементного камня и заполнителя, а также процессами дегидратации минералов цементного камня, проявляю­ щимися уже при температурах выше 200°С. Кроме того, значительное влияние при нагревании имеет адсорбцион­ ный эффект, при котором вода в бетоне, глубже проникая в щели и микротрещины, облегчает их дальнейшее обра­ зование и развитие, вследствие снижения поверхностной энергии молекул и кристаллов цементного камня. Этим же объясняется тот факт, что с повышением В/Ц при наг­ реве прочность бетона снижается. Большую роль при этом играет длительность изотермического нагревания до приложения и во время действия нагрузки на бетон. При циклическом нагревании наблюдается снижение прочно­ сти бетона на 10—15%, причем с увеличением циклов это снижение затухает и прекращается за пределами 50— 70 циклов.

Аналогичную тенденцию испытывают и упругие дефор­ мации бетона при нагреве, когда общее снижение модуля упругости составляет 25—30% при нагреве до 100°С и 31—60% —при нагреве до 300—350°С. . .

Максимальное снижение значения модуля упругости бетона при циклическом нагреве от 20 до 300° состав­ ляет 60—70% от контрольных значений. Такое изменение упругих свойств бетона объясняется тем, что вначале -снижение модуля упругости происходит за счет уменьше­ ния вязкости гидросиликатной фазы цементного камня и адсорбционных явлений, а при дальнейшем температур­ ном воздействии изменяется напряженное состояние в зо­ не контакта крупного заполнителя с бетоном, вследствие чего и появляются деструктивные изменения.

Температура существенно влияет и на неупругие деформации. Следует отметить, что уже при нагреве бетона до 100°С деформации ползучести и усадки увеличиваются в 3—3,5 раза. Значительно изменяется и работа стальной арматуры под нагрузкой при нагреве.

75

ГЛАВА II

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

§ 1 0 П Р Е Д Е Л Ь Н Ы Х с о с т о я н и я х К О Н С Т Р У К Ц И Й

В железобетонных изгибаемых элементах при дейст­ вии на них постепенно возрастающих нагрузок наблюда­ ются характерные стадии напряженно-деформированного состояния. В начале загружения зависимость между де­ формациями и напряжениями почти линейная и эпюры напряжения можно считать треугольными. Это напря­ женное состояние называется стадией I . При увеличении нагрузки эпюры напряжений принимают криволинейное очертание и напряжение в бетоне достигает предела проч­ ности на растяжение, т. е. ag = R*. Это напряженное

состояние носит название стадии 1а и берется в основу расчета на появление трещины. С дальнейшим увеличе­ нием нагрузки и появлением трещин, в растянутой зоне бетон выключается из работы, и растягивающие напря­ жения в местах, где образовались трещины, воспринима­ ются только арматурой. Эпюра напряжений в сжатой зоне бетона становится криволинейной. Эта, так называ­ емая стадия I I , была принята в основу расчета по до­ пускаемым напряжениям. При дальнейшем увеличении нагрузки трещины в растянутой зоне бетона раскрыва­ ются, напряжение возрастает и наступает разрушение элемента, т. е. стадия I I I . Эта стадия напряженно-дефор­ мированного состояния положена в основу расчета желе­ зобетонных конструкций по разрушающим нагрузкам и предельным состояниям.

Основное отличие метода расчета по предельным со­ стояниям от метода расчета по разрушающим нагрузкам заключается в том, что устанавливаются четкие границы

77

предельных состояний, гарантирующие в конструкциях эксплуатационные качества при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок г .

Предельным состоянием называется такое состояние конструкции, при котором она теряет способность сопро­ тивляться [Внешним воздействиям «ли же дальнейшая нормальная эксплуатация ее становится невозможной.

Согласно СН и П П-В. 1-62 * расчет железобетонных конструкций должен производиться:

1)по несущей способности (первое предельное состоя­ ние) на прочность с учетом продольного изгиба и провер­ кой устойчивости формы конструкции и на выносливость для конструкций, находящихся под воздействием много­ кратно повторяющейся подвижной или пульсирующей нагрузки, вызывающей значительный перепад напряжений

вбетоне или в растянутой арматуре;

2)по деформациям (второе предельное состояние) для конструкций, величина деформаций (перемещений) которых может ограничить возможность их эксплуатации;

3)по образованию или по раскрытию трещин (третье предельное состояние)—для конструкций, в которых по

условиям эксплуатации не допускается образование тре­ щин, или раскрытие их должно быть ограничено.

Кроме того, в необходимых случаях должна быть про­ верена общая устойчивость конструкции на опрокидыва­

Для бетонных конструкций напряжения при расчетных нагрузках не должны превышать соответствующих рас­ четных сопротивлений бетона. Бетонными конструкция­ ми называются конструкции, прочность, трещиноетойкость

ны вновь (СНиП Н-В.1-62).

* В главе СН и П П-В. 1-62* „Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования" учтены ранее внесенные

тонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования'.

78