Файл: Пахомов, В. А. Бетон и железобетон в гидротехническом строительстве.pdf

Промышленность выпускает несколько типов полиуретановых лаков. Отвердение их происходит в результате действия инициа­ тора твердения ТЭАД при катализе влагой. Поверхность, на ко­ торую наносят составы, может иметь определенную влажность. По данным лабораторных испытаний, покрытия, нанесенные на бетонные поверхности, фильтровавшие воду при давлении 1 ати, выдерживали давление «на отрыв» более 10 ати без от­ слоения покрытия. Это качество полиуретановых лаков позво­ ляет использовать их для защиты от коррозии гидротехнических сооружений, находящихся под воздействием гидростатического напора воды. Пленка полиуретанового лака наносится в два или три слоя: первые два слоя с интервалом 1—2 ч и третий слой — через 3—4 ч. Окончательное высыхание пленки происхо­ дит через 24 ч. Расход лака невелик — при двуслойном покры­ тии составляет 200—300 г/м2. Благодаря подвижности лак легко наносится при помощи пистолетов-распылителей. При работе с лакокрасочными материалами следует соблюдать требования техники безопасности, учитывая, что все растворители огнеопас­ ны, а некоторые лаки и растворители токсичны.

Во всех случаях, когда сооружения находятся под действием гидростатического напора и возможно образование трещин, применяют оклеечную гидроизоляцию. Гидроизоляция может быть расположена на наружной или на внутренней поверхности конструкций или заложена в тело самих конструкций. Для боль­ шинства видов коррозии и степени агрессивности воды-среды у

62

ЖЕЛЕЗОБЕТОН И ЕГО ОСОБЕННОСТИ

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал в виде рационально соединенных для совместной ра­ боты в конструкции бетона и арматуры.

Совместной работе бетона и стальной арматуры способ­ ствуют:

наличие сцепления между бетоном и арматурой, вследствие чего их деформации равны между собой (еб=е»);

способность плотного бетона защищать стальную арматуру от коррозии и огня, обеспечивающая долговечность и огнестой­ кость конструкции;

близкие величины коэффициентов линейного температурного расширения бетона (a6t = 1 0 -1СН6 ) и стали (аа< = 12-10~6), исключающие возникновение больших внутренних напряжений.

Сцепление бетона с арматурой меняется в широких пределах и в основном зависит от следующих факторов:

клеящей способности цементного теста; сил трения между бетоном и арматурой;

сопротивления бетона смятию и срезу вследствие механиче­ ского зацепления, возникающего из-за неровностей и выступов на поверхности арматуры.

Кроме того, величина сцепления зависит от вида напряженно­ го состояния арматурного стержня, возникающего в результате выдергивания или проталкивания, что влечет за собой уменьше­ ние или увеличение диаметра стержня, а следовательно, измене­ ние величины сцепления. Для стержней периодического профи­ ля сцепление с бетоном выше в 2—3 раза, чем для стержней гладкого профиля.

Физико-механические свойства бетона и арматуры в значи­ тельной степени определяют свойства железобетона. Вследствие сцепления бетона с арматурой такие явления, как усадка, пол­ зучесть, температурные деформации в железобетоне протекают несколько иначе, чем в бетоне. Армирование бетона сдерживает его усадку и набухание, создавая внутренние начальные напря­ жения еще до приложения внешней нагрузки на конструкцию. Арматура при этом испытывает сжатие, а бетон, усадке которо­ го препятствует арматура, испытывает растягивающие напряже­ ния. При набухании— наоборот.

Начальные внутренние напряжения от усадки, изменения тем­ пературы окружающей среды, экзотермии могут достигать зна-

64

чительных величин, иногда превышающих прочность бетона на осевое растяжение, вследствие чего в железобетонных конструк­ циях могут появляться трещины. Во избежание этого бетонные и железобетонные конструкции большой протяженности разре­ зают деформационными швами, массивные сооружения разби­ вают на отдельные блоки.

Напряжения, возникающие в бетоне и арматуре при перепаде температуры на AfC, определяют по формулам:

где

Методы расчета бетонных и железобетонных конструкций развивались постепенно на основе систематических эксперимен­ тальных исследований.

Экспериментально-теоретические исследования показали, что от начала загружения до разрушения железобетонного элемента

вего сечениях имеют место несколько качественно различных стадий напряженно-деформированного состояния. В общем слу­ чае при работе железобетонного элемента, имеющего растяну­ тую зону, различают три стадии напряженно-деформированно­ го состояния. В начале загружения элементов напряжения поч­ ти пропорциональны деформациям и оба материала участвуют при работе в растянутой зоне; эпюры нормальных напряжений

вбетоне сжатой и растянутой зон сечения треугольные. При дальнейшем увеличении нагрузки развиваются пластические деформации бетона растянутой зоны и линейная зависимость между напряжениями и деформациями нарушается; растяги­ вающие нормальные напряжения по всей высоте бетона растя­

нутой зоны сечения приближаются к предельным /?р. Это на­ пряженное состояние принято называть стадией I. Конечный

этап стадии I, когда абр = Д ", принято считать стадией Iа.

При дальнейшем увеличении нагрузки в растянутой зоне начи­ нают появляться трещины и наступает новое качественное на­ пряженно-деформированное состояние — стадия II. В местах трещин работает только арматура, а на участках между трещи­ нами бетон продолжает работать на растяжение. Эпюра нор­ мальных напряжений в сжатой зоне сечения за счет развития пластических деформаций бетона постепенно искривляется. На­ пряжения в бетоне сжатой и арматуре растянутой зон не достиг­ ли своих предельных значений. Стадия III— стадия разруше­ ния, характеризуется относительно коротким периодом работы элементов, когда напряжения в сжатом бетоне или в растяну­ той арматуре (иногда одновременно в бетоне и арматуре) до­ стигают в бетоне временного сопротивления сжатию, а в арма­ туре физического или условного предела текучести; наступает разрушение элемента. Конец этой стадии наступает при нару­ шении совместной работы бетона и арматуры.

На экспериментальной основе решались главные задачи со­ противления бетона и железобетона при различных силовых воз­ действиях, а также вопросы трещиностойкости и деформаций железобетонных конструкций.

Разрушение железобетонных элементов с двузначной эпюрой напряжений в нормальных сечениях происходит в следующих случаях:

1.Для слабоармированных элементов разрушение наступает от исчерпания несущей способности растянутой арматуры, хотя бетон сжатой зоны недостаточно использован.

2.При сильном армировании растянутой зоны разрушение происходит от исчерпания несущей способности бетона сжатой зоны (переармированные конструкции), хотя несущая способ­ ность растянутой арматуры полностью не использована.

3.При равнопрочном армировании разрушение наступает от одновременного исчерпания несущей способности арматуры ра­

стянутой и бетона сжатой зон. Это наиболее оптимальный слу­ чай армирования. Принцип пластического разрушения сечения изгибаемого элемента, при котором предельные напряжения на­ ступают одновременно в растянутой арматуре и в бетоне сжа­ той зоны, был назван принципом А. Ф. Лолейта.

В начале была принята эпюра криволинейной формы сжатия бетона, но по мере практического применения и по предложе­ нию профессора П. Л. Пастернака в 1944 г. эпюра была приня­ та в виде прямоугольника, при этом погрешность составляла до 2% и сильно упрощала расчетные формулы метода расчета по разрушающим усилиям.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

Расчет по стадии разрушения привел к разработке нового прогрессивного метода расчета конструкций по расчетным пре­ дельным состояниям.

66

Предельными принято называть состояния конструкций, при которых они перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям, т. е. теряют способность сопротивляться внешним воздействиям или получают недопустимые деформации или местные повреждения.

Устанавливают две главные группы предельных состояний

(СНиП Н-И. 14—69 и СНиП П-А. 10—71):

I — потеря несущей способности или непригодность к эксплу­ атации;

II — непригодность к нормальной эксплуатации.

Такая классификация принята по признаку ответственности предельных состояний, т. е. по степени потери эксплуатационной способности. Предельные состояния, определяемые как дефор­ мациями, так и трещинами, могут относиться к I или ко II груп­ пе в зависимости от степени ответственности.

К предельным состояниям I группы относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения;

хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разруше­ ние;

разрушение под совместным действием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды;

качественные изменения конфигурации; резонансные колебания;

состояние, при котором возникает необходимость прекраще­ ния эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести или чрезмерного раскрытия трещин.

К предельным состояниям II группы относятся те состояния, которые затрудняют нормальную эксплуатацию конструкций или снижают их долговечность вследствие появления недопусти­ мых перемещений (прогибы, углы поворота и т. д.), колебаний, трещин и т. п.

Требования норм расчета заключаются в том, чтобы величи­ ны усилий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытия трещин или величины от других факторов и воздействий не пре­ вышали предельных значений, устанавливаемых нормами проек­ тирования конструкций зданий и сооружений.

Кроме расчетов на силовые воздействия, в необходимых случаях должны быть выполнены и другие расчеты (тепло­ технические, гидравлические, фильтрационные, термические идр.).

При необходимости допускается разделение I группы предель­ ных состояний на подгруппы, которые устанавливаются соответ­ ствующими нормами на отдельные гидротехнические сооруже­ ния.

Надежность конструкций обеспечивается расчетом, в котором учитываются неблагоприятные возможные характеристики ма­ териалов и невыгодные возможные величины и сочетания нагру­