22393

ЖЕЛЕЗОБЕТОН. ОСОБЕННОСТИ ЗАВОДСКОГО ПРОИЗВОДСТВА. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН. АНКЕРОВКА АРМАТУРЫ В БЕТОНЕ. СЦЕПЛЕНИЕ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ. УСАДКА И ПОЛЗУЧЕСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Лекция

Архитектура, проектирование и строительство

УСАДКА И ПОЛЗУЧЕСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры. В изгибаемых элементах высокое сопротивление бетона сжатию используется в сжатой зоне а высокое сопротивление арматуры растяжению в растянутой зоне где бетон слабо сопротивляется растяжению и в нем образуются трещины рисунок 2.

Русский

2013-08-04

435.32 KB

34 чел.

ЛЕКЦИЯ №2. ЖЕЛЕЗОБЕТОН. ОСОБЕННОСТИ ЗАВОДСКОГО ПРОИЗВОДСТВА. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН. АНКЕРОВКА АРМАТУРЫ В БЕТОНЕ. СЦЕПЛЕНИЕ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ. УСАДКА И ПОЛЗУЧЕСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНЫ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ НЕЕ. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА. КЕРАМИЧЕСКИЕ, ПОЛИМЕРНЫЕ, ДЕРЕВЯННЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

Железобетон. Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры. Несмотря на их различные физико-механические свойства, в элементах конструкций они работают совместно.

Бетон обладает высоким сопротивлением при сжатии и низким при растяжении. Стальной арматуре присуще одинаково высокое сопротивление как при растяжении, так и при сжатии. Эти особенности составляющих материалов реализуются в железобетоне.

В изгибаемых элементах высокое сопротивление бетона сжатию используется в сжатой зоне, а высокое сопротивление арматуры растяжению — в растянутой зоне, где бетон слабо сопротивляется растяжению и в нем образуются трещины (рисунок 2.1, а). В балках укладывается небольшое (относительно площади поперечного сечения элемента) количество арматуры, но оно значительно, в несколько раз повышает несущую способность изгибаемого элемента по сравнению с неармированным его образцом. Арматуру успешно применяют и в сжатых элементах (рисунок 2.1, б), отчего их несущая способность увеличивается до 50% и более.

Отвердевший бетон имеет довольно большое сцепление со стальной арматурой. Вследствие этого оба материала совместно деформируются при внешних воздействиях на железобетонные элементы. Сцепление арматуры с бетоном не нарушается со временем, несмотря на изменения, происходящие в бетоне, а также при изменениях температуры (температурные коэффициенты удлинения бетона и стали близки) и влажности среды.

а)

б))

Рисунок 2.1 - Железобетонные элементы:

а) при изгибе; б) при сжатии;1 - стальная арматура; 2 - сжатый бетон; 3 - трещины

Бетон — благоприятная среда для арматуры. При нормальных условиях арматура может сохраняться в бетоне неопределенно длительное время.

Железобетон обладает большой долговечностью, высокой стойкостью против воздействия огня и атмосферы, хорошей сопротивляемостью статическим и динамическим нагрузкам, достаточной плотностью, слабой проницаемостью через его толщу влаги, газов, радиоактивных излучений.

Способность бетона к образованию трещин при относительно небольших растягивающих напряжениях — явление в общем случае нежелательное. С образованием трещин в бетоне жесткость железобетонных элементов резко снижается, непроницаемость нарушается, при большом раскрытии трещин возникает опасность коррозии арматуры.

Предварительное напряжение железобетонных изделий. Радикальным средством повышения трещиностойкости железобетонных конструкций является их предварительное напряжение. В предварительно-напряженных конструкциях в процессе их изготовления еще до приложения нагрузки создается значительное обжатие бетона в тех его зонах, которые впоследствии при воздействии на конструкцию нагрузки испытывают растяжение. Осуществляется предварительное напряжение железобетона в процессе изготовления элемента посредством натяжения арматуры на специальные упоры или непосредственно на бетон элемента. В первом случае (рисунок 2.2, а) арматуру натягивают на упоры, закрепляемые на стендах, формах или поддонах, и она временно удерживается на них.

σb=0

σb

σb

б)

a)

Рисунок 2.2 – Предварительно-напряженные железобетонные элементы

(осевое обжатие)

а) натяжение арматуры на упоры; б) натяжение арматуры на бетон;

1 – предварительно-напряженная арматура; 2 – упоры;

3 – натяжное устройство;4 – анкер; 5 – закладная шайба

I – состояние элемента до обжатия бетона; II– то же, после обжатия бетона.

После бетонирования элемента и приобретения бетоном достаточной прочности арматура освобождается с удерживающих устройств; стремясь восстановить свою первоначальную длину (сокращаясь), она увлекает с собой бетон вследствие имеющегося с ним сцепления, и обжимает его. Впоследствии при загружении элемента нагрузкой растягивающие усилия в нем должны сначала преодолеть напряжения предварительного обжатия бетона. Этим и обусловливается повышение его сопротивления образованию трещин.

Во втором случае (рисунок 2,б) сначала изготовляют бетонный или слабо армированный сталью элемент с каналами внутри него или с пазами на поверхности для размещения в них предварительно напрягаемой арматуры. Ее натягивают с передачей реактивных усилий непосредственно на бетон элемента и при помощи анкеров, закладных шайб или иных средств удерживают в напряженном состоянии. Таким образом, бетон элемента оказывается обжатым.

Затем каналы (пазы) заполняют цементным раствором. После того как он отвердел и приобрел необходимую прочность, предварительно-напряженный железобетонный элемент готов к использованию.

Посредством предварительного напряжения трещиностойкость железобетонного элемента может быть повышена в несколько раз, резко уменьшена ширина раскрытия трещин, существенно снижена деформативность.

Железобетонные конструкции. По способу возведения различают сборные, монолитные и сборно-монолитные железобетонные конструкции.

Сборные конструкции изготовляют на заводах железобетонных изделий с помощью высокопроизводительных машин при соблюдении технологических режимов, обеспечивающих их высокое качество при рациональных нормах расхода материалов. На месте строительства готовые конструкции монтируют мощными механизированными средствами. Сборные конструкции в современных условиях лучше всего отвечают требованиям индустриализации строительства. Они обеспечивают также наиболее короткие сроки возведения сооружения.

В случае возведения монолитных железобетонных конструкций и сооружений на месте строительства устраивают поддерживающие леса и опалубку, устанавливают арматуру и укладывают  бетон. Выполнить все эти процессы механизированным способом на уровне заводской механизации довольно затруднительно.

а)

б)

Рисунок 2.3 – Конструкции перекрытий из железобетонных элементов

а) сборное перекрытие; б) монолитное перекрытие:

1 – плиты; 2 – балки

а)

б)

Рисунок 2.4 – Железобетонные фундаменты колонн

а)монолитный фундамент;

б)сборные фундаменты;

Рисунок 2.5 – Конструкции  многопролетных балок

а)сборная многопролетная балка;

б)монолитная многопролетная балка;

Бетон в течение периода его твердения необходимо выдерживать в опалубке, причем в зимних условиях сырой бетон необходимо подогревать и утеплять. По указанным причинам трудоемкость изготовления монолитных железобетонных конструкций выше, продолжительность строительства больше, качество хуже. Поэтому монолитный    железобетон    применяют для возведения массивных сооружений и конструкций, а также в тех случаях, когда это оправдывается технико-экономическими соображениями.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции занимают промежуточное положение, в них в отдельных случаях можно реализовать преимущества и сборных, и монолитных конструкций. Сборно-монолитными целесообразно устраивать рабочие площадки под особо большие нагрузки, а также перекрытия, подверженные динамическим воздействиям.

Главные свойства железобетона. В железобетоне арматура и бетон оказывают положительное влияние друг на друга, как при силовых, так и при иных воздействиях, в том числе при изменении температуры, усадке и ползучести бетона. Бетон надежно предохраняет арматуру от огня и коррозии. В железобетонных элементах, находящихся в условиях указанных воздействий, арматура и бетон активно взаимодействуют. Обусловливается это достаточно высоким сцеплением между ними по поверхности их контакта.

Сила сцепления оценивается по результатам сопротивления выдергиванию (или вдавливанию) арматурных стержней, заделанных в бетон. Исследования показали, что по длине заделки арматурного стержня в бетоне касательные напряжения распределяются  неравномерно, они постепенно снимают нормальные усилия с заделанного стержня и передают их на бетон (рисунок 2.6).

Среднее напряжение сцепления арматуры с бетоном определяется выражением:

    (2.1)

где      τссреднее напряжение сцепления арматуры с бетоном, МПа;

Pусилие в стержне, кН;

d – диаметр стержня, мм;  

а)

в)

б)

в)

Рисунок 2.6 – Сцепление арматуры с бетоном

l – длина стержня, м.

а) образец;

б)эпюра нормальных напряжений в арматуре;

в) эпюра сил сцепления поповерхности арматуры

Для гладкой арматуры оно примерно равно 2,5— 3,5 МПа. Сцепление возрастает с уменьшением водоцементного отношения бетона, с лучшим уплотнением бетонной смеси при укладке, а также с увеличением возраста бетона.

При вдавливании стержня в бетон силы сцепления больше, чем при его извлечении, вследствие сопротивления бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. Сцепление с бетоном арматуры периодического профиля с поперечными выступами в 2—3 раза больше, чем с гладкой.

В железобетонных элементах, нагруженных внешними усилиями, до образования трещин в бетоне арматура и бетон деформируются совместно, и распределение усилий между ними зависит от площадей поперечного сечения и модулей упругости материалов. После образования трещин в бетоне растянутой зоны картина напряженного состояния становится более сложной.

При усадке бетона арматура в железобетоне сдерживает свободные деформации бетона, в арматуре возникает сжатие, а в бетоне растяжение. Последнее при определенных условиях может даже вызвать образование в нем трещин. Общие деформации железобетона заметно меньше, чем неармированного бетона, они зависят от количества арматуры в нем.

Аналогично арматура противодействует ползучести бетона. При длительном действии нагрузки в железобетонном элементе происходит перераспределение усилий между бетоном и арматурой. Именно в элементе, длительно сжатом постоянным усилием, постепенно происходит снижение напряжения в бетоне и увеличение напряжения в арматуре. В результате стесненного деформирования бетона ползучесть железобетонных элементов в  1,5—2 раза меньше, чем неармированных.

Изменение начальной длины железобетонных конструкций из-за усадки бетона и колебаний температуры может    быть  причиной  внутреннего напряженного состояния в системах железобетонных конструкций и вызвать повреждения отдельных элементов. Это предупреждается тем, что в сооружениях значительной протяженности предусматривают специальные разрезы и зазоры — температурно-усадочные швы.

При систематическом воздействии повышенных температур (50—200°С) прочность и жесткость железобетонных конструкций понижаются. В связи с этим расчетные характеристики составляющих железобетон материалов принимают более низкими. Если конструкция предназначена для работы в условиях высоких температур (более 200°С), несущие конструкции изготовляют из жаростойкого бетона.

Железобетон, как и бетон, долговечен в нормальных условиях эксплуатации, но в агрессивной среде долговечность его может сильно сократиться в основном из-за коррозии бетона. По борьбе с ней даются рекомендации в СНиП 2.03.11– 85 «Защита строительных конструкций от коррозии».

Особенности заводского производства

Общие сведения. Проектируя железобетонные элементы, предусматривают возможность высокопроизводительного труда при их изготовлении на специальных заводах и удобного монтажа на строительных площадках путем выбора оптимальных габаритов, экономичных форм сечения, рациональных способов армирования. Конструктивное решение элементов и технология заводского изготовления находятся в тесной взаимосвязи. Элементы, конструкция которых допускает их массовое изготовление на заводе или полигоне с использованием высокопроизводительных машин и механизмов без трудоемких ручных операций, являются технологичными. Производство сборных железобетонных элементов ведут по нескольким технологическим схемам.

Конвейерная технология. Элементы изготовляют в формах, установленных на вагонетках и перемещаемых по рельсам конвейера от одного агрегата к другому. По мере продвижения вагонетки последовательно выполняют необходимые технологические операции: установку арматурных каркасов, натяжение арматуры предварительно напряженных элементов, установку вкладышей-пустотообразователей для элементов с пустотами, укладку бетонной смеси и ее уплотнение, извлечение вкладышей, термозлажностную обработку изделия для ускорения твердения бетона. Все формы-вагонетки перемещаются в установленном принудительном ритме. Высокопроизводительную конвейерную технологию применяют на крупных заводах при массовом выпуске элементов относительно малой массы.

Поточно-агрегатная технология. Технологические операции выполняют в соответствующих цехах завода. При этом агрегаты, выполняющие необходимые технологические операции, неподвижны, а форма с изделием перемещается от одного агрегата к другому кранами. Технологический ритм перемещения форм заранее не установлен и не является принудительным.

Стендовая технология. Ее особенность состоит в том, что изделия в процессе изготовления и тепловой обработки остаются неподвижными, а агрегаты, выполняющие   технологические   операции,   перемещаются   вдоль форм. Такие стенды оборудованы передвижными кранами, подвижными бетоноукладчиками, а также вибраторами для уплотнения бетонной смеси. Элементы изготовляют в гладких или профилированных формах (матрицах или кассетах). По стендовой технологии изготовляют крупноразмерные и предварительно напряженные элементы промышленных зданий (фермы, балки покрытий, подкрановые балки, колонны и др.).

При изготовлении плит перекрытий и панелей стен гражданских зданий широко применяется кассетный способ, являющийся разновидностью стендовой технологии. Элементы изготовляют на неподвижном стенде в пакете вертикальных металлических кассет, вмещающем одновременно несколько панелей. Сборка и разборка кассет механизированы. Арматурные каркасы размером на панель устанавливают в отсеках кассеты, а затем укладывают подвижную бетонную смесь, подаваемую пневматическим транспортом по трубам. Формование изделий в вертикальном положении дает ровную и гладкую поверхность плит и панелей.

Вибропрокатная технология. Плиты перекрытий и панели стен формуют на непрерывно движущейся ленте, гладкая или рифленая поверхность которой образует форму изделия. После укладки арматурного каркаса бетонную смесь, поданную на ленту, вибрируют и уплотняют с помощью расположенных сверху валков. Последовательно прокатываемые изделия, укрытые сверху и подогреваемые снизу, за время перемещения по ленте (в течение нескольких часов) набирают необходимую прочность и после охлаждения на стеллажах транспортируются на склад готовой продукции. Технологические операции подчинены единому ритму — скорости движения формующей ленты.

Изготовить весь комплект сборных изделий, необходимых для возведения здания, по одной технологической схеме нельзя. Поэтому на заводах сборных железобетонных изделий одновременно используют несколько технологических схем. Разработка новых прогрессивных конструкций в ряде случаев вызывает необходимость совершенствования технологической схемы или создания повой технологии, что, в свою очередь, может потребовать определенного приспособления конструкции к технологическим требованиям.

Анкеровка арматуры в бетоне

В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне — анкеровка — достигается запуском арматуры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помощью анкерных устройств.

Ненапрягаемая арматура из гладких стержней класса А-1 снабжена на концах анкерами в виде полукруглых крюков диметром 2,5d, а в конструкциях из бетонов на пористых заполнителях — диаметром 5d. Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крюков на концах. Также не имеют крюков на концах арматурные стержни периодического профиля, обладающие значительно лучшим сцеплением с бетоном.

Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором она учитывается с полным расчетным сопротивлением, на длину зоны анкеровки

  (2.2)

но не менее       (2.3)

где ωan, ∆λan, λan—коэффициенты; Rs— расчетное сопротивление арматуры; Rb— расчетное сопротивление бетона осевому сжатию; d—диаметр стержня.

Если в нормальном к продольной оси элемента сечении стержни используются с неполным расчетным сопротивлением, то при определении 1anзначение Rsумножают на коэффициент, равный отношению площади сечения арматуры, необходимой при полном использовании расчетного сопротивления, к площади сечения фактически имеющейся арматуры.

На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10d,а если наклонные трещины в растянутой зоне не образуются — то на длину не менее 5d (рис. 1.30, б).

Напрягаемую арматуру — стержни периодического профиля или арматурные канаты — при натяжении на упоры и достаточной прочности бетона применяют в конструкциях без специальных анкеров; при натяжении на бетон (арматурные пучки) или на упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном (гладкая высокопрочная проволока)—со специальными анкерами. Длину зоны анкеровки напрягаемой арматуры без анкеров принимают равной длине зоны передачи напряжений с арматуры на бетон по формуле

 (2.4)

где ωр, λр — коэффициенты, определяемые по табл. 1.3; Rbp— передаточная прочность бетона (кубиковая прочность бетона к моменту обжатия); σspпредварительное напряжение в арматуре с учетом потерь (принимают равным большему из значений; Rcили σsp).

Для элементов из легкого бетона классов В7,5— В12,5 значения ωри λрувеличивают в 1,4 раза. Для стержней периодического профиля всех видов значение 1Рпринимают   не   менее 15d. При мгновенной передаче усилия обжатия на бетон для стержней периодического профиля диаметром до 18 мм (срезаемых с натяжных приспособлений упоров форм при отпуске натяжения) значения ωр и λрувеличивают в 1,25 раза.

Предварительное напряжение в арматуре считается изменяющимся линейно от нуля у края элемента до полного значения в сечении, расположенном на расстоянии lРот края элемента (рис. 1.31).Для того чтобы бетон при передаче на него усилий с напрягаемой арматуры не раскалывался, концы элементов усиливают закладными деталями с анкерными стержнями, хомутами и т. п.

Для захвата, натяжения и закрепления на упорах канатов и стержневой арматуры периодического профиля применяют специальные цанговые захваты; кроме того, для стержневой арматуры используют приваренные коротыши или шайбы, нарезку накатом без ослабления сечения, высаженные головки правильной формы или неправильной формы со втулкой (рис. 1.32).

Анкеры при натяжении арматуры на бетон должны обеспечивать надежную передачу усилий. В местах расположения анкеров у концов элементов бетон усиливают дополнительными хомутами, сварными сетками, спиралями, а для равномерной передачи усилий с арматуры на бетон под анкерами размещают стальные плиты.

Рисунок 2.7 - Анкеровка напрягаемой арматуры

а — цанговый захват для канатов и стержней; б — коротыши 1 и шайбы 2, приваренные к стержням; в — гайка на нарезке накатом конца стержня; г — высаженная головка правильной формы; д — высаженная головка со втулкой; е — коротыши 1 и петли 3 для анкерной гладкой высокопрочной проволоки

Рисунок 2.8 - Схема линейного изменения предварительного напряжения арматуры на длине зоны передачи усилий на бетон

Заводской гильзовый анкер арматурного пучка состоит из стержня с нарезкой, заведенного внутрь пучка, и гильзы из мягкой стали, надетой поверх пучка (рисунок 2.9).При протяжке через обжимное кольцо металл гильзы течет и запрессовывает проволоки пучка (рисунок 2.9).Закрепление этого анкера после натяжения арматурного пучка на бетон домкратом производится гайкой концевого стержня, затягиваемой до упора в торец элемента.

Рисунок 2.9 - Гильзовый анкер

а - дозапрессовки   пучка;   б — после  запрессовки;   1 — пучок;   2 — гильза;  3 — обжимное кольцо; 4 — стержень с нарезкой

Анкер, в котором арматурный пучок закрепляют стальной конической пробкой в процессе натяжения домкратом двойного действия, создают следующим образом (рис. 8).Упором домкрата в торец элемента арматурный пучок натягивают до заданного напряжения, затем специальным поршнем, выдвигаемым из домкрата, проволоки пучка заклинивают конической трубкой в стальной колодке.

Рисунок 2.10 - Анкер с колодкой и конической пробкой для закрепления однорядного   арматурного   пучка   (натяжение   на   бетон   домкратом двойного действия)

1 — коническая   пробка;   2 — колодка;   3 — стальная   плита;   4 — патрубок;   5 — арматурный пучок

Анкер стаканного типа применяют для закрепления более мощного арматурного пучка с несколькими рядами концентрически расположенных проволок (рисунок 2.11). Домкрат захватывает анкер и оттягивает его с упором на бетон; в зазор, образовавшийся между анкером и торцом элемента, вводят шайбы с прорезями, благодаря чему арматурный пучок удерживается в напряженном состоянии.

Рисунок2.11 - Анкер стаканного типа для закрепления мощного арматурного пучка (натяжение на бетон)

1 — бетон, обеспечивающий запрессовку пучка в анкере; 2 — стальной 'стакан с приваренным дном; 3 — конический стальной стержень; 4— стальные шайбы; 5 — кольцо; 6 — крюки на концах проволок

Сцепление арматуры с бетоном

В железобетонных конструкциях скольжение арматуры в бетоне под нагрузкой не происходит благодаря сцеплению материалов. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в бетоне (рис. 1.29, а).По опытным данным, прочность сцепления зависит от следующих факторов: зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля (рис. 10, б); сил трения, развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки; склеивания арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности цементного геля. Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор: он обеспечивает около 3/4 общего сопротивления скольжению арматуры в бетоне; если арматура гладкая и круглая, сопротивление скольжению уменьшается. Прочность сцепления возрастает с повышением класса бетона, уменьшением водоцементного отношения, а также с увеличением возраста бетона. Исследования показали, что распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине заделки стержня неравномерно; наибольшее напряжение сцепления τcmax, не от длины анкеровки стержня lап. Среднее напряжение сцепления определяют как частное от деления усилия в стержне N на площадь заделки.

Рисунок 2.12 - Сцепление арматуры с бетоном

а — гладкой;  б — периодического профиля; в — зависимость напряжений сцепления от диаметра стержня

  (2.5)

где и — периметр сечения стержня (для гладкой арматуры при средних классах бетона и ≈2,5...4 МПа).

При недостаточной заделке к концам стержней приваривают коротыши или шайбы (по концам стержней из гладкой стали класса А-1 устраивают крюки).

При вдавливании арматурного стержня в бетон прочность сцепления больше, чем при его выдергивании вследствие сопротивления окружающего слоя бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. С увеличением диаметра стержня и напряжения в нем as прочность сцепления при сжатии возрастает, а при растяжении уменьшается (рисунок 2.12).Отсюда следует, что для лучшего сцепления арматуры с бетоном при конструировании железобетонных элементов диаметр растянутых стержней следует ограничивать.

Рисунок 11 - Анкер ненапрягаемой арматуры

а — круглых   гладких   стержней;    б — стержней   периодического   профиля   на свободной опоре балки

Усадка и ползучесть бетона

Усадка железобетона

В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей усадке бетона. Согласно опытным данным усадка и набухание железобетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и набухание бетона (рис. 12).Деформация стесненной усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напряжений — растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элементаεsl и стесненной усадки армированного элемента εsl,s(рис. 13)

   (2.6)

возникают средние растягивающие напряжения в бетоне

    (2.7)

Рисунок  2.14 -  Изменение с течением времени усадки  и  набухания

1 - бетона;  2 — железобетона;  I — набухание в воде;  II — усадка на воздухе

Рисунок  13 -  Деформация  усадки образцов

а - бетонного;    б — железобетонного

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зоне контакта с арматурой. Деформации εslsявляются для арматуры упругими, и в ней возникают сжимающие напряжения

σs = εslsEs.     (2.8)

Уравнение равновесия внутренних усилий элемента, армированного двусторонней симметричной арматурой, имеет следующий вид:

σsAs = σbtA,     (2.9)

гдеAs— площадь сечения арматуры; A—площадь сечения элемента.

Отсюда

σs= σbt(A/As) = σbt1,  (2.10)

гдеμ1= As/A— коэффициент армирования.

Если подставить в (2.6) деформации, выраженные через напряжения по формулам (2.7), (2.8), (2.10),

σbt /Ebt = εsl  - σbt /μ1Es,

то значение растягивающих напряжений в бетоне

   (2.11)

где α = Es/Eb— отношение  модулей упругости арматуры и  бетона.

Следовательно, при усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от деформации свободной усадки бетона εsl, коэффициента армирования μ1класса бетона. С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения σbt увеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяжении Rbt, то возникают усадочные трещины.

Растягивающие напряжения в бетоне железобетонного элемента при деформации стесненной усадки бетона, армированного односторонней несимметричной арматурой, возрастают вследствие внецентренного приложения к сечению усилий в арматуре

  (2.12)

Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определяемой железобетонной конструкции.

В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона, вызывая появление дополнительных внутренних усилий. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Для тяжелого бетона возможно среднее значение εsls1,5*10-4, что при коэффициенте линейной температурной деформации αt= 1*10-5°С-1 эквивалентно понижению температуры на ≈15°С. Для железобетона на пористых заполнителях εsls≈2*10-4.

Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки.

Ползучесть железобетона

Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Стальная арматура становится связью, препятствующей свободной ползучести бетона. Стесненная ползучесть в железобетонном элементе под нагрузкой приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном. Этот процесс интенсивно протекает в течение первых нескольких месяцев, а затем в течение длительного времени  (более года) постепенно затухает.

В центрально-сжатой железобетонной призме продольные деформации арматуры и бетона (рисунок 2.16)благодаря сцеплению материалов одинаковы

   (2.13)

Сжимающее напряжениев продольной арматуре

   (2.14)

Роль поперечных стержней или хомутов сводится главным образом к предотвращению выпучивания продольных сжатых стержней.

Уравнение равновесия внешней нагрузки и внутренних усилий в бетоне и продольной арматуре

         (2.15)

Отсюда сжимающее напряжение в бетоне

  (2.16)

Коэффициент упругопластических деформаций бетона

  (2.17)

зависит от времениt и уровня напряжений σb/Rb. Следовательно, с течением времени в результате уменьшения коэффициента ν при постоянной внешней силе N напряжение в бетоне согласно формуле (2.16) уменьшается; при этом напряжение в арматуре увеличивается (см. рисунок 2.16). При проценте армирования μ1 =0,5 % напряжения в арматуре возрастают через 150 дней более чем в 2,5 раза. С увеличением процента армирования до μ1=2%интенсивность роста напряжений в арматуре снижается. При мгновенной разгрузке бетон и арматура деформируются упруго, однако остаточные пластические деформации бетона препятствуют восстановлению упругих деформаций в арматуре. В результате после разгрузки арматура будет сжата, а бетон — растянут. Если растягивающие напряжения в бетоне после разгрузки превысят временное сопротивление растяжению σbt>Rbt, то в бетоне появляются трещины. При повторном загружении эти трещины закрываются.

Рисунок 2.16 - Перераспределение напряжений между арматурой и бетоном  сжатой  железобетонной  призмы  вследствие  ползучести  бетона

а — схема железобетонной призмы под нагрузкой; б — для бетона класса В40; в — то же В15

Рисунок 2.17 - Релаксация напряжений  в  бетоне при  постоянных напряжениях в арматуре железобетонной призмы

а — схема  железобетонной    призмы с   наложенными    связями;    

б — характер   изменения   реакции   связей N с течением бремени

Релаксация напряжений в бетоне железобетонной призмы наблюдается и при постоянных напряжениях в арматуре — в другом  эксперименте (рис. 1.33, а).  Если в железобетонной призме создать начальные сжимающие деформации εb0и начальные сжимающие напряжения в бетоне σb0и арматуре σs0 , а затем ввести связи, сохраняющие постоянной длину призмы (l = const) и препятствующие дальнейшему ее деформированию, то в любой момент времени t после введения связей оказывается, что напряжение в бетоне

  (2.18)

Напряжения вбетоне уменьшаются с течением времени, так как уменьшается коэффициент ν.

Реакция связейс течением времени при постоянных напряжениях в

арматуре уменьшаются:

  (2.19)

На работу железобетонных элементов ползучесть бетона оказывает различное влияние:

- в коротких сжатых элементах — обеспечивает полное использование прочности бетона и арматуры;

- в гибких сжатых элементах — вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снизить их несущую способность;

- в изгибаемых элементах — вызывает увеличение прогибов;

- в предварительно напряженных конструкциях — приводит к потере предварительного напряжения.

Ползучесть и усадка железобетона протекают одновременно и совместно влияют на работу   конструкции.

Коррозия железобетона и меры защиты от нее

Коррозионная стойкость железобетонных элементов зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды.

Коррозия бетона, имеющего недостаточную плотность, может происходить от воздействия фильтрующей, особенно мягкой воды, которая растворяет составляющую часть цементного камня — гидрат окиси кальция. Наибольшей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона являются белые хлопья на его поверхности. Другой вид коррозии бетона возникает под влиянием газовой или жидкой агрессивной среды: кислых газов в сочетании с повышенной влажностью, растворов кислот, сернокислых солей и др. При взаимодействии   кислоты   с   гидратомокиси кальция цементного камня бетон разрушается. Продукты химического взаимодействия агрессивной среды и бетона, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы бетона, приводят к разрыву их стенок и быстрому разрушению бетона. Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной; они образуют в цементе сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция, растворяясь, вытекает и образует белые подтеки на поверхности бетона. Весьма агрессивны грунтовые воды, содержащие сернокислотный кальций, а также воды с магнезиальными и аммиачными солями. Морская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфа-томагнезит, хлористую магнезию и другие вредные соли.

Коррозия арматуры (ржавление) происходит в результате химического и электролитического воздействия окружающей среды. Она обычно протекает одновременно с коррозией бетона, но может протекать и независимо от нее. Продукт коррозии стали имеет больший объем, чем арматура, в результате чего создается значительное радиальное давление на окружающий слой бетона. При этом вдоль арматурных стержней возникают трещины и отколы бетона с частичным обнажением арматуры.

Мерами защиты от коррозии железобетонных конструкций, находящихся в условиях агрессивной среды, в зависимости от степени агрессии являются: снижение фильтрующей способности бетона введением специальных добавок; повышение плотности бетона; увеличение толщины защитного слоя бетона; применение лакокрасочных или мастичных покрытий, оклеечной изоляции; замена портландцемента глиноземистым цементом; применение специального кислотостойкого бетона, а также полимербетона и бетонополимеров.

Специальные виды железобетона

Армоцемент это особый вид железобетона, приготовленный на цементно-песчаном бетоне, армированный сетками из тонкой проволоки диаметром 0,5... 1 мм с мелкими ячейками размером до 10X10 мм. Насыщение сетками — густое, расстояние между сетками — 3...5 мм,что позволяет получить достаточно однородный по свойствам материал. Из армоцемента изготовляют конструкции с малой толщиной стенок—10...30 мм (оболочки, волнистые своды и т.п.). Армирование выполняют по расчету; коэффициент сетчатого армирования должен быть в пределах μ1=As/ δ = 0,004...0,025, где Asплощадь сечения сеток на единицу длины, δ — толщина элемента.

Предельная растяжимость бетона в армоцементных конструкциях благодаря значительному увеличению поверхности сцепления арматуры с бетоном возрастает. Малая ширина раскрытия трещин — основная особенность армоцемента, позволяющая достигнуть полного использования прочности арматурных сеток в конструкциях без предварительного напряжения. В растянутых зонах армоцементных конструкций возможно комбинированное армирование — сетками и напрягаемой арматурой.

Армоцементные конструкции можно использовать лишь при нормальной влажности и отсутствии агрессивных воздействий среды, так как их коррозионная стойкость невелика. Огнестойкость их меньше, чем огнестойкость железобетонных конструкций. Использование армоцементных конструкций не рекомендуется при систематическом воздействии ударной нагрузки.

Армополимербетон.Железобетон этого вида представляет собой полимербетон со стальной или неметаллической арматурой. Коррозия стальной арматуры в армополимербетоне не наблюдается. Армополимербетон в целом обладает высокой коррозионной стойкостью, и поэтому применение его целесообразно в конструкциях и сооружениях, работающих в агрессивной среде и при высоком гидростатическом давлении.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81252. Понятие государства 38.69 KB
  Суть ее в том что государство возникает в результате раскола общества на антагонистические классы и является исторически переходящим явлением. С исчезновением классов государство неизбежно должно отмереть. Естественноправовая договорная теория которая выводит государство из соглашения между правителями и подданными заключаемого в целях организации общественной жизни.Гумплович – считал что государство возникло как результат порабощения слабых групп более организованными и более сильными.
81253. Типология государств; формационный и цивилизационный подходы 39.33 KB
  Типология государства – это научная классификация государств по определенным типам на основании их общих признаков отражающая свойственные данному типу государств общие закономерности возникновения развития и функционирования. Центральным в типологии государства является понятие типа государства. Понятие тип государства служит для обозначения наиболее общих черт различных государств дающих возможность определить типовую принадлежность государства то есть его родство с другими государствами. Тип государства – это совокупность общих...
81254. Государство и экономика 37.86 KB
  При построении системы государственного регулирования экономики здесь господствует принцип максимальной возможности: все экономические процессы которые в принципе поддаются централизованному регулированию должны управляться центральными органами. Методы государственного регулирования экономики. Административные или прямые методы регулирования ограничивают свободу выбора хозяйствующего субъекта. Например директивные плановые задания по объему и ассортименту производимой продукции или централизованно установленные цены на товары и услуги...
81255. Понятие формы государства 35.49 KB
  Научное исследование различных аспектов формы государственности имеет важное теоретическое и практическое значение. Более полное конкретное представление о форме государства дает анализ 3х его составляющих формы правления государственного устройства государственно правового режима.
81256. Монархическая форма правления 43.24 KB
  Другой важной формой правления является регентство – временное коллегиальное или единоличное осуществление полномочий главы государства в монархиях в случае продолжительной болезни малолетства или временного отсутствия монарха. В зависимости от принципа наследования власти монархия может быть династической родовой и выборной. Гораздо чаще нам встречается родовая монархия где действовал принцип принадлежности к царскому роду.
81258. Форма государственного устройства 39.69 KB
  Конституция разграничивает полномочия субъектов и самой федерации.Территория федерации состоит из: а Субъектов которые по-разному называются. Субъекты федерации могут принимать свои конституции законы постановления и другие нормативно-правовые акты.
81259. Демократический политический режим 38.4 KB
  Демократическая политическая система – это организация легальной опирающейся на законы и подконтрольной обществу власти. В демократическом государстве народ является источником власти. Профессионализация власти – отличительный признак государства в котором существует демократический политический режим.
81260. Тоталитарный политический режим 36.12 KB
  Высокая концепция власти гипертрофия руководящего аппарата его проникновение во все поры жизни общества. тоталитаризм характеризуется монополией власти на информацию полным контролем за средствами массовой информации. Все силовые структуры находятся в исключительном подчинении центру политической власти.