За счет чего обеспечивается совместная работа арматуры и бетона в железобетонной конструкции
Совместная работа бетона и арматуры
Основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в конструкции и позволяющим работать железобетону как единому монолитному телу является надежное сцепление арматуры с бетоном.
Совместная работа бетона и арматуры в железобетонной конструкции становится возможной благодаря выполнению следующих условий:
– бетон и арматура имеют достаточно близкие значения коэффициента температурного расширения;
– силы сцепления, возникающие по границе контакта между бетоном и арматурой обеспечивают выполнение условия равенства деформаций арматуры и бетона ec = es при действии усилий от нагрузок.
Совместная работа арматуры и бетона обусловлена, кроме того, правильным определением необходимого количества арматуры, размещаемой в конструкции. Это означает, что должны соблюдается требования по размещению арматурных стержней в сечении элемента и выдержан минимальный коэффициент армирования сечения, определяемый отношением площади арматуры (As) к площади бетона (Ас)
Силы сцепления, приходящиеся на единицу поверхности арматуры, обусловливают напряжения сцепления арматуры с бетоном по длине элемента. Количественно сцепление оценивают величиной соответствующих напряжений сдвига.
Можно выделить следующие факторы, влияющие на величину напряжений сцепления арматурной стали и бетона:
– структурные и искусственно созданные неровности (шероховатость) на поверхности арматурного стержня, вызывающие механическое зацепление;
– адгезия (склеивание) или взаимное притяжение между частицами на стыке двух контактирующих материалов;
– химические взаимодействия между сталью и бетоном.
Как показывают экспериментальные исследования, распределение напряжений сцепления по длине стержня не является равномерным. Это положение имеет важное значение при определении длины анкеровки арматурного стержня в конструкции.
Совместная работа бетона с арматурой
Железобетон: понятие железобетона, его преимущества и недостатки, области применения. Совместная работа бетона с арматурой. Способы изготовления железобетонных конструкций (сборные, монолитные, сборно-монолитные). Основы технологии монолитного бетонирования и заводской технологии сборного железобетона. Бетонирование железобетонных конструкций в экстремальных условиях.
Железобето́н — строительный композиционный материал, состоящий из бетона и стали. [1] Запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений.
Преимущества и недостатки.
К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:
невысокая цена — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных;
пожаростойкость — в сравнении со сталью;
технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции;
химическая и биологическая стойкость;
высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.
К недостаткамжелезобетонных конструкций относятся:
невысокая прочность при большой массе — прочность бетона при сжатии в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем полезной нагрузки.
Совместная работа бетона с арматурой
Для того чтобы железобетонная конструкция сопротивлялась действию нагрузок, должна быть обеспечена совместная работа стали и бетона. Совместная работа этих двух материалов достигается надежным сцеплением стали и бетона, которое происходит во время твердения бетонной смеси. При недостаточном сцеплении стальные стержни арматуры будут скользить в бетоне, нарушится совместная работа арматуры и бетона и конструкция разрушится.
Чтобы улучшить сцепление арматуры с бетоном, на поверхности стальных стержней во время их проката наносят выступы (сталь периодического профиля). Выступы можно также наносить путем сплющивания гладких стальных стержней в двух взаимно перпендикулярных направлениях на специальных станках.
Для увеличения сцепления с бетоном гладких арматурных стержней на их концах устраивают крюки. Сварные арматурные сетки и каркасы обладают повышенным сцеплением с бетоном, так как ни один стержень не может сдвинуться в бетоне без того, чтобы не разрушить несколько сварных узлов.
Грязь и ржавчина ухудшают сцепление арматуры с бетоном, поэтому арматуру перед употреблением необходимо очищать от грязи и отслаивающейся ржавчины.
Для защиты арматуры от ржавления, а также для хорошего сцепления вокруг каждого арматурного стержня необходимо обеспечить слой бетона достаточной толщины. Слой бетона, расположенный между арматурой и поверхностью конструкции, называется защитным, он предохраняет арматуру не только от ржавления, но и от воздействия огня в случае пожара. Однако-это относится лишь к достаточно плотным бетонам, через которые воздух не проникает к поверхности арматуры.
Уменьшение защитного слоя ведет к потере огнестойкости конструкции и ржавлению арматуры. Излишняя толщина защитного слоя за счет смещения арматуры снижает прочность струкции. В конструкциях, подвергающихся повышенной влажности, воздействию паров щелочей или кислот, дымовых и других газов, защитный слой должен быть увеличен.
Сталь и бетон имеют примерно один и тот же коэффициент температурного расширения, они одинаково удлиняются при нагревании и укорачиваются при охлаждении. Поэтому при изменении температуры сцепление бетона с арматурой не нарушается.
За счет чего обеспечивается совместная работа арматуры и бетона в железобетонной конструкции
Основными условиями, обеспечивающими надежную совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетонных конструкциях, являются:
1) сцепление арматуры с бетоном по площади их контакта, исключающее продергивание (сдвиг) арматуры в бетоне;
2) примерное равенство коэффициентов температурного удлинения (укорочения) бетона аЬ = 0, 000007…0, 00001 град-1 и стальной арматуры ast = 0, 000012 град-1.
Материалы с разными коэффициентами линейных температурных деформаций независимо от надежного сцепления между ними работают в усложненных условиях, так как при перепадах температуры возникают собственные натяжения, снижающие сцепление между материалами; небольшая разница коэффициентов линейных температурных деформаций бетона и стали исключает появление собственных напряжений в них и надежное сцепление арматуры с бетоном сохраняется при изменениях температуры до 100 С;
3) способность бетона при соответствующей его плотности, достаточной толщине защитного слоя, кратковременном раскрытии трещин не более 0, 4 мм и содержании цемента более 250 кг/м3 надежно предохранять арматуру от коррозии и непосредственного действия огня.
Защитное действие бетона на стальную арматуру основано на способности щелочной среды поддерживать химически пассивное состояние стали неопределенно длительное время. Основным фактором, определяющим надежные защитные свойства бетона, является непроницаемость его для газов и для агрессивных ионов в водных растворах.
Чтобы арматура работала в железобетонных конструкциях с заданным расчетным сопротивлением, необходимо ее завести (анкеровать) за рассматриваемое сечение элемента на длину зоны передачи напряжений с арматуры на бетон, обусловленную сцеплением арматуры с бетоном или заанкерить с помощью специальных устройств. Арматуру, концы которой надежно самоанкеруются в бетоне за счет сил сцепления, называют арматурой без анкеров в пределах длины зоны анкеровки. Арматуру, концы которой анкеруют в бетоне посредством специальных устройств, называют арматурой с анкерами на концах.
К арматуре без анкеров относят всю стержневую, проволочную профилированную арматуру и канаты однократной свивки при натяжении на упоры и достаточной передаточной прочности бетона. К арматуре с анкерами на концах относят любую арматуру, натягиваемую на бетон, а также арматуру, натягиваемую на упоры, при недостаточном ее сцеплении с бетоном (гладкая высокопрочная проволока, многопрядные канаты). В отдельных случаях применяют арматурные элементы из высокопрочной проволоки без сцепления их с бетоном (наружное размещение арматуры). Конструкции с такой арматурой по сравнению с аналогичными конструкциями, в которых имеется надежное сцепление арматуры с бетоном, требуют увеличения расхода стали. По своей сущности они являются шпренгельными конструкциями.
Совместная работа бетона и арматуры
Для частей зданий и сооружений, подвергающихся изгибу (например, для балок и плит), при котором нижняя часть конструкции работает на растяжение, бетон применять нельзя. На рис. 32 показана схема работы балки при изгибе под действием нагрузки.
Рис. 32- Схема работы балки при изгибе:
а — бетонной; б — железобетонной
В нижней зоне балки возникает растяжение, в связи с чем необходим материал, хорошо сопротивляющийся растягивающим усилиям. Таким материалом является сталь, хорошо работающая совместно с бетоном. Строительный материал, представляющий собой сочетание стали и бетона, называется железобетоном.
Совместная работа бетона и стали эффективна благодаря наличию следующих условий: бетонная смесь при затвердевании прочно сцепляется со стальными прутками; бетон защищает стальную арматуру от воздействия воды, предохраняет ее от ржавления, а также от огня; сталь и бетон практически одинаково удлиняются при нагревании и сжимаются при охлаждении, поэтому при изменении температуры не нарушается сцепление между этими материалами.
Стальные стержни различной формы, заделанные в толщу бетона, называются арматурой железобетона. Вся нагрузка, воспринимаемая конструкцией или сооружением, распределяется между бетоном и арматурой. Бетон принимает на себя сжимающие усилия, а арматура — главным образом растягивающие.
В настоящее время невозможно представить себе ни одного более или менее крупного здания или сооружения любого назначения, при строительстве которых не применялся бы железобетон.
Железобетон: совместная работа арматуры и бетона в железобетонных конструкциях
Железобетоном называется конструктивное соединение из бетона и стальной арматуры, в котором они работают как единое целое, воспринимая усилия в соответствии со своими свойствами.
Характерным свойством бетона является хорошая сопротивляемость сжатию и плохая растяжению. Прочность бетона на растяжение в 8-15 раз меньше, чем на сжатие. Даже при небольших растягивающих усилиях в бетоне возникают трещины. Сталь же хорошо сопротивляется растяжению. Это свойство стали используется в железобетонных конструкциях для восприятия растягивающих усилий, возникающих при изгибе в растянутой зоне балок и плит или в растянутых частях железобетонных ферм, растянутых стенках резервуароз и других конструкций.
Стальная арматура закладывается в тех местах сечения железобетонной конструкции, где под влиянием нагрузок может возникнуть растяжение или могут образоваться трещины в бетоне. Так как прочность стали и на сжатие значительно выше прочности бетона, то стальную арматуру в некоторых случаях закладывают и в сжатые части конструкции для увеличения прочности.
На рисунке показаны схемы работы балок, под действием нагрузки балка начинает изгибаться. При изгибе верхняя часть балки сжимается, а нижняя растягивается. Если такую балку сделать из неармированного бетона, то в нижней растянутой части появится трещина, которая будет быстро увеличиваться и балка разрушится. Если в такую же балку заложить стальную арматуру, балку сделать железобетонной то сопротивление балки разрушению увеличится во много раз, поскольку растяжение воспримут на себя стальные стержни, а на сжатие будет работать бетон.
Для того чтобы железобетонная конструкция сопротивлялась действию нагрузок, должна быть обеспечена совместная работа стали и бетона. Совместная работа этих двух материалов достигается надежным сцеплением стали и бетона, которое происходит во время твердения бетонной смеси. При недостаточном сцеплении стальные стержни арматуры будут скользить в бетоне, нарушится совместная работа арматуры и бетона и конструкция разрушится.
Сцепление арматуры с бетоном
Чтобы улучшить сцепление арматуры с бетоном, на поверхности стальных стержней во время их проката наносят выступы (сталь периодического профиля). Выступы можно также наносить путем сплющивания гладких стальных стержней в двух взаимно перпендикулярных направлениях на специальных станках.
Для увеличения сцепления с бетоном гладких арматурных стержней на их концах устраивают крюки. Сварные арматурные сетки и каркасы обладают повышенным сцеплением с бетоном, так как ни один стержень не может сдвинуться в бетоне без того, чтобы не разрушить несколько сварных узлов.
Грязь и ржавчина ухудшают сцепление арматуры с бетоном, поэтому арматуру перед употреблением необходимо очищать от грязи и отслаивающейся ржавчины.
Для защиты арматуры от ржавления, а также для хорошего сцепления вокруг каждого арматурного стержня необходимо обеспечить слой бетона достаточной толщины. Слой бетона, расположенный между арматурой и поверхностью конструкции, называется защитным, он предохраняет арматуру не только от ржавления, но и от воздействия огня в случае пожара. Однако-это относится лишь к достаточно плотным бетонам, через которые воздух не проникает к поверхности арматуры.
Уменьшение защитного слоя ведет к потере огнестойкости конструкции и ржавлению арматуры. Излишняя толщина защитного слоя за счет смещения арматуры снижает прочность струкции. В конструкциях, подвергающихся повышенной влажности, воздействию паров щелочей или кислот, дымовых и других газов, защитный слой должен быть увеличен.
Сталь и бетон имеют примерно один и тот же коэффициент температурного расширения, они одинаково удлиняются при нагревании и укорачиваются при охлаждении. Поэтому при изменении температуры сцепление бетона с арматурой не нарушается.