Залізобетонні конструкції

Размещено на http://allbest.ru

Класи і марки бетону

В залежності від призначення конструкції та умов їх експлуатації у проектах вказують потрібні (показники) (характерні якості бетону, які називаються проектними марками і класами. Основні з них:

1) клас бетону за міцністю на стиск В Мпа

2) клас бетону за міцністю на розтяг Bt Мпа

3) марка бетону за морозостійкістю F

4) марка бетону за водонепроникністю W

5) марка бетону за густиною D

6) марка бетону за самонапругою Sp

Класом бетону на стиск називають тимчасовий опір бетону на стиск еталонних кубів з розміром ребра 15см, які зберігались при температурі t=20° ± 2°С і вологості 70%=w% - п.у. - у відповідності з ГОСТ 25.192 - 82 і випробуваних у віці 28 діб згідно з державним стандартом з урахуванням статичної змінності міцності. Клас бетону на стиск це характеристика, яка приймається рівною номативному опору бетону. В=Rn=Rm(1-1,64v);

СНІП пенредбачає такі класи бетону за міцністю на стиск:

В5; В7.5; В10; В12.5; В15;...; В60.

В10 - з нього починається конструктивний бетон.

Клас бетону на розтяг норми або СНІП регламентують такі класи бетону на розтяг: Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6... Bt3.2

Арматура для з/б конструкцій

1. Арматура для з/б конструкцій, її призначення і види.

Арматурою називають сталеві стержні, каркаси та сітки, які розміщені у масі бетону, відповідно до характеру роботи конструкцій або споруд. Основне призначення арматури з/б конструкцій сприймати розтягуючі зусилля. За призначенням арматуру розрізняють на поздовжню і поперечну (робоча), конструктивну(розподільну) і монтажну.

Площу перерізу робочої арматури визначають розрахунками, вона може бути попередньо напруженою або без попереднього напруження. Конструктивну і монтажну арматуру призн. За конструктивними і технологічними вимогами (див.СНІП).

Мірою насиченості бетонного перерізу арматурою є коефіцієнт армування або процент армування

µ= As/bh0; (1) µ%= As/bh0 %; (2);

As - площа поперечного перерізу арматури.

bh0 - робоча площа бетонного перерізу.

Основні властивості з/б

1. Щеплення арматури з бетоном і фактори, що його забезпечують.

Щепленням називають опір арматурного стержня, що знаходиться у тердому бетоні, витягуванню або видавлюванню сили щеплення заліза від ряду фізичних і механічних факторів:

1) Склеювання арматури з бетоном, відбувається завдяки клеючим здібностям цементного каменю - забезпечує 10-15% від загального щеплення.

2) Сили тертя, які виникають внаслідок оптиснення арматури в процесі усадки - 10...15%.

3) Сили механічного щеплення внаслідок наявності на поверхні арматури нерівності і виступів на поверхні - 70... 80 %

Анкерування - це конструктивні заходи, що забезпечують в роботу арматурних стержнів. Здійснюється воно шляхом введення в бетон від перерізу, що розглядається на довжину, яка необхідна для передачі зусилля арматури на бетон або влаштування спеціальних анкерів.

Довжина анкерування армованих стержнів lan, яка забезпечує досягнення розрахункових напружень в арматурі:

lan=(wan Rs/Rb +B лan)d;

Вводять стержні в бетон в розтягнутій не менше, ніж 25см, в стиснутій - не менше ніж на 20см. В згинальних елементах розтягнуті стержні повинні бути заведені за грані поля не менше 10d.

Захисний шар бетону в з/б конструкціях

Захисний шар бетону в з/б конструкціях призначений захищати від корозії (н/с). Розміщення арматури в поперечному перерізі здійснюються наступним чином.

Для робочої арматури захисний шар не менше чим діаметр робочої арматури!!!

Усадка і повзучість з/б.Їх вплив на роботу з/б конструкцій

Бетонні елементи внаслідок усадки деформуються вільно зменшуючись в об'ємі, що не викликає в перерізах додаткових напружень. В з/б конструкції вільній усадці перешкоджає арматура, яка виконує роль зовнішньої в'язі, тому що модуль арматури Es буде більший за Eb (бетону) , тому деформації усадки армованого бетону менші ніж не армованого, що зумовлює виникнення внутрішніх зусиль. Бетон в даному випадку розтягнутий, а арматура стиснута.

Корозія бетону та арматури і захист від неї

Корозією називають руйнування матеріалу внаслідок впливу агресивного середовища. Корозія з/б може відбуватись внаслідок дії різних факторів, а саме фізичних, фізико-хімічних, електрохімічних, хімічних, біологічних.

Фізичні фактори - це одночасна дія низьких температур і розчинів солей. Цей вид характерний для морських і річкових споруд. Крім того до фізичних факторів відносять всі види механічних дій (удари хвиль, механічне стирання частинками).

Фізико-хімічний , при обмиванні бетону водою або фільтрацій під тиском води бетону відбувається вилучування вапна. Цементний камінь відновлює кількість вапна внаслідок реакції гідролізу зазнає деструкції на поверхні білі хлоп'я.

Хімічний - це вплив кислот, лугів, розчинів солей і різноманітних органічних сполук особливо небезпечні солі сірчаної кислоти. Внаслідок дії їх на цементний камінь в цементі утворюється сульфат кальцію і алюмінію , при цьому на поверхні бетону будуть білі потьоки сульфато-алюмінівого кальцію.

За характером розрізняють 3 види корозії:

1) процеси, які відбуваються в бетоні під впливом рідких середовищ, тобто фільтрація;

2) процеси, що виникають в бетоні під дією розчинів солей та деяких кислот;утворюють нові продукти;

3) процеси, за яких відбувається накопичення і кристалізація малорозчинних продуктів.

Корозія арматури в бетоні має електрохімічний характер корозії. Продукт, який виникає іржа в 2-3 рази більший за об'ємом, ніж сама арматура внаслідок чого відколюється захисний шар бетону.

Середовища за ступенем впливу на конструкцію є : неагресивні, слабоагресивні, середньо- і сильноагресивні.

Електрохімічний спосіб

Арматура в холодному стані стискається, скорочується .

Суттєво впливає на роботу з/б конструкцій попереднє напруження арматури. З його збільшенням підвищується і його ефект, але до певних пір. Надмірне поперечне напруження арматури може стати причиною руйнування конструкції ще до моменту її використання.

Поперечне напруження в арматурі - це ті напруження, які діють до обтиснення елемента або під час зниження до нуля напружень в бетоні від зовнішнього напруження. Позначається у Sp.

Передача поперечного напруження на бетон можлива тоді, коли його міцність буде не менша від 50% у віці 28 діб від кінцевої міцності і повинна бути не менше чим Rbp?11Мпа, а при використанні арматури класу А - 6 або К - 19 ця передаточна міцність повинна бути не менша Rbp?15,5 МПа.

При поступовому збільшенні навантаження на елемент від початкового завантаження до руйнування НДС згинальний елемент змінюється. В роботі з/б елементів виділяють три характерні стадії НДС:

1) Елемент працює без тріщин в розтягнутій зоні;

2) В бетоні розтягнутій зоні виникають тріщини;

3) Стадія руйнування.

Вирізаємо частину елемента, замінюючи дії відкинутих частин внутрішніми і зовнішніми зусиллями. Деформація незначні носять пружний характер. Подальше збільшення навантаження призводить до розвитку пластичних деформацій в розтягнутій зоні, епюра напружень стає криволінійною. Цей стан характеризує кінець стадії один. Подальше збільшення навантаження спричиняє утворення тріщин в розтягнутій зоні елемент переходить в стадію два.

Стадія 3. Подальше збільшення навантаження збільшує напруження уs в розтягнутій арматурі, яка досягає межі текучості. При цьому інтенсивно розвиваються тріщини, утворюються нові.

Руйнування елемента починається з розтягнутої зони (розтягнутої арматури) і закінчується роздрібленням бетону стиснутої зони. Таке руйнування носить пластичний характер і проходить плавно.

Методи розрахунку з/б елементів за граничними станами

Дві групи граничних станів і розрахунок за ними

Описані методи розрахунку з/б конструкцій не враховують диференційовано вплив різних факторів на несучу здатність конструкцій, бо оперують одним коефіцієнтом запасу міцності.

Граничним станом наз. такі стани конструкцій, з настанням яких вони перестають відповідати експлуатаційним вимогам або вимогам під час виконання робіт. Регламентують норм. документи дві групи граничних станів.

Перша група граничних станів - це граничні стани, при яких конструкція втрачає здатність чинити опір зовнішнім навантаженням або стає непридатною для експлуатації: втрата несучої здатності; втрата сталості положення;

Друга група граничних станів - це граничні стани, які ускладнюють нормальну експлуатацію конструкцій: недопустимі переміщення, прогини, осадки, кути повороту, тріщини більші допустимих.

Класифікація навантаження. Їх сполучення, нормативні розрахункові навантаження і зв'язок між ними

Всі навантаження та впливи залежно від тривалості дії поділяються на постійні та тимчасові, а тимчасові на тривалі, короткочасні і особливі. До постійних - власну вагу конструкції, вагу і тиск грунтів. До тимчасових тривалих - вага стаціонарного обладнання, тиск газів, рідин, інших тіл, навантаження на перекриття складських приміщень, промислових приміщень, крім того до тривалих частини снігового покрову; короткочасні - вага людей, ремонтні матеріали, навантаження під час виготовлення, транспортування і монтажу, кранові навантаження від двох кранів; снігові і вітрові навантаження. До особливих - сейсмічні, вибухові, поломка технологічного обладнання з різким порушенням технологічному процесу і ін.

Розрахунок міцності та конструювання стиснутих та розтягнутих елементів

Дію стискаючих зусиль випробовують досить багато конструкцій або їх елементи в будівлях і спорудах(колони одноповерхових і багатоповерхових промислових будівель і споруд, громадських, стояки, верхні пояси ферм і арок, стінки примикання в плані резервуарів і ін.). Позацентровий стиск характеризують поздовжньою силою та ексцентриситетом е0 її прикладання відносно геометричної осі елемента.

Крім того в позацентрово-стиснутий елемент статично визначених конструкцій враховують і випадкові ексцентриситети

е0=е0з+еа - ст. в. к.;

е0=е0з>еа - ст. нев. кон.

Для позацентрового стискання елемента застосовують бетон класу В15, В25. Посилення поперечного перерізу оцінюють процентом армування, який не більший М%? 3%, інакше армування використовується не ефективно. При армуванні позацентровий стиск елемента найпоширеніший. І-й тип армування , в ролі поздовжньої робочої арматури використовують арматуру класів А-І і А-ІІ, А-ІІІ - цупка арматура 10…40. Розміщують арматуру вздовж менших сторін поперечного перерізу. Площу перерізу поздовжньої арматури знаходять за розрахунками, мін % армування повинен бути М% 0,5%. Оптимальний для стиснутих елементів М%=0,8%...1,2%. Більше 40 - жорстка арматура. Відстань між осями поздовжніх стержнів приймають у напрямку перпендикулярному площині згину не більше 40см, а в напрямку площини згину не більше 50см.

Другий тип армування застосовується у випадку локальних завантажень, а також для збільшення несучої здатності позацентрово стиснутих елементів із незначним ексцентриситетами. Поперечна арматура, яка розміщена густіше стримує поперечні розтягуючи деформації бетону утворюючи таким чином ефект обойми.

Третій тип ( використання жорсткої арматури) застосовується у монолітних з/б конструкціях каркасів висотних будівель використовують у цьому випадку цю жорстку арматуру і в ролі риштування. В таких конструкціях досить висока вогнестійкість.

Стиснуті з/б елементи з випадковими ексцентриситетами

Розрахунок міцності таких елементів

В більшості випадків стиснуті конструктивні елементи будівлі працюючих на позацентровий стиск. Проте ряд конструкцій або їх окремі елементи працюють на стиск таким чином, що поздовжня сила прикладена без розрахункового ексцентриситету. В таких випадках враховують випадковий ексцентриситет, який приймається 1см , h/30, l0/600 = еа.

Оскільки еа незначний, то несучу здатність елемента перевіряється за такою умовою

N?ц(AbгbRb+AscгsRsc);(1);

де N - поздовжня сила; ц - коефіцієнт, що враховує поздовжнього згину. Він залежить від гнучкості і визначається за формулою ц=цb+2(цsb-цb)?цsb;(2).

Конструктивні особливості розтягнутих елементів. Розрахунок міцності центрально-розтягнуті елементи

Якщо розтягуючи сила діє по поздовжній осі елемента, то такий елемент працює на центральний розтяг. Це нижні пояси розкісних ферм, низхідні розкоси ферм, затяжки арок, стінки циліндричних резервуарів, стінки напірних труб і ряд інших елементів.

Міцність бетону на розтяг невелика і при незначних навантаженнях виникають тріщини і далі розтягуючі зусилля сприймає арматура, її розміщують симетрично перерізу. Армування розтягнутих елементів здійснюють у вигляді просторових каркасів. Поперечна арматура служить тільки для того щоб скомпонувати каркас.

Умови міцності центрально-розтягнутих елементів мають такий вигляд:

бетон корозія цементний тріщина

На позацентровий розтяг працюють нижні пояси без розкісних ферм, стінки ферм і ін. Позацентрово розтягнуті елементи сприймають і згинальний момент, а не тільки розтягуючи зусилля, або якщо сила прикладена з ексцентриситетом е0 =М/N.

Тріщиностійкість і деформативність з/б елементів. Розрахунок на утворення тріщин центрально-розтягнутих елементів

В ряді випадків як показує практика розрахунок з/б елементів за І групою граничних станів може бути недостатнім для нормальної експлуатації конструкцій якщо прогини f або ширина розкриття тріщин acrc будуть недоступно великі. В зв'язку з цим треба проводити розрахунок конструкцій за ІІ групою граничних станів, який забезпечив би необхідну тріщиностійкість і відсутність великих прогинів. Розрахунок за ІІ групою граничних станів включає в себе:

1) Розрахунок на утворення нормальних тріщин;

2) Розрахунок на утворення похилих тріщин;

3) Визначення ширини розкриття нормальних тріщин;

4) Визначення ширини розкриття похилих тріщин;

5) Розрахунок на закриття тріщин для елементів 2-ї категорії тріщиностійкості;

6) Визначення прогинів.

Тріщиностійкість з/б конструкцій - це їх опір утворенню тріщин (стадія 1А) або їх розкриття (стадія 2). До тріщиностійких з/б конструкцій ставлять різні вимоги в залежності від виду і призначення конструкції, умов їх експлуатації і виду арматури. Ці вимоги поділяються на 3 категорії тріщиностійкості:

1) при розрахункових навантаженнях утворення будь-яких тріщин не допускається;

2) допускається короткочасне розкриття нормальних і похилих тріщин обмеженої ширини за умови гарантованого їх надійного закриття при тривалих діючих нормативних навантаженнях;

3) допускається тривале і короткочасне розкриття нормальних і похилих тріщин обмеженої ширини. Ці конструкції розраховані на нормальне навантаження.

Розрахунок на утворення тріщин в нормальних перерізах згинальних позацентрово-стиснутих і позацентрово-розтягнутих елементів

Для недопущення утворення тріщин необхідно, щоб момент від зовнішніх сил не перевищував моменту, який сприймає переріз перед утворенням тріщин в розтягнутій зоні.

М?Мcrc; (7);

M

Визначення ширини розкриття нормальних тріщин до поздовжньої осі елемента

Тріщини в з/б утворюються у зв'язку з малою розтяжністю бетону. Перші тріщини у наслідок неоднорідності бетону виникають в найбільш слабких місцях. Після утворення тріщин у розтягнутих зонах з/б конструкцій проходять їх розкриття. Наявність тріщин не свідчить про втрату несучої здатності чи експлуатаційної придатності або довговічності конструкції, якщо ширина не перевищує встановлених (допустимих) значень відповідно до вимог довговічності і надійності конструкцій.

Норми або СНІП регламентують допустиму ширину розкриття тріщин для конструкцій ІІ-ї категорії тріщиностійкості |acrc|?0,2 мм.

Для І-ї |acrc|=0 і для ІІІ-ї |acrc|?0,4 мм, |acrc,1|?0,3 мм.

Після утворення тріщин напружено-деформаційний стан елемента відповідає стадії 2, яка й приймається для розрахунку з/б конструкцій за розкриттям тріщин.

Середню ширину розкриття тріщин по осі поздовжньої арматури визначають як різницю видовження арматури та розтягнутого бетону між тріщинами.

За дослідними даними і на підставі статистичних аналізів норми рекомендують при будь-якому навантаженні обчислювати ширину розкриття тріщин за такою емпіричною формулою:

Размещено на Allbest.ru