Принцип армирования изгибаемых железобетонных элементов

Принцип армирования изгибаемых железобетонных элементов

Ответ 16. Виды изгибаемых элементов. Балки и плиты: их поперечные сечения, принципы армирования

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций—плиты и балки. Плитами называют плоские элементы, толщина которых h значительно меньше длины 1 и ширины Ь. Балками называют линейные элементы, длина которых / значительно больше поперечных размеров h и Ь. Из плит и балок образуют многие железобетонные конструкции, чаще других — плоские перекрытия и покрытия, сборные и монолитные ( III.1), а также сборно-монолитные.

Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.

Плиты в монолитных конструкциях делают толщиной 50—100 мм, в сборных — возможно тоньше.

Однопролетная плита, опертая по двум противоположным сторонам, показана на III.2, а, монолитная многопролетная плита, опертая на ряд параллельных опор, на III.2, б. Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках, если значение их не изменяется в направлении, пер-, пендикуляриом пролету.

Армируют плиты сварными сетками (см. § 1.2). Сетки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры располагались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов (см. III.2). Поэтому в пролетах плит сетки размещают понизу, а в многопролетных плитах — также и поверху над промежуточными опорами.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3—10 мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100—200 мм один от другого.

Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) не менее 15 мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Поперечные стержни принимают меньшего диаметра общим сечением не менее 10 °/о сечения рабочей арматуры, поставленной в месте наибольшего изгибающего момента; размещают их с шагом 250—300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации в плане или с большим числом отверстий и т. д.), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового, трапециевидного сечения ( Ш.З).

Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет l/l0—V20 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высота балок назначается кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при больших размерах, из них предпочтительнее размеры, кратные 100 мм до высоты 800 мм, затем высоты 1000, 1200 мм н далее кратные 300.

Ширину прямоугольных поперечных сечений Ь принимают в пределах (0,3—0,5) h, а именно 100, 120, 150, 200, 220, 250 мм и далее кратной 50 мм, из них предпочтительнее размеры 150, 200 мм и далее кратные 100.

Для снижения расхода бетона ширину балок назначают наименьшей. В поперечном сечении балки рабочую арматуру размещают в растянутой зоне сечения в один или два ряда с такими зазорами, которые допускали бы плотную укладку бетона без пустот и каверн. Требуемые размеры этих зазоров и защитных слоев показаны на III.4. Расстояние в свету между стержнями продольной арматуры, ненапрягаемой или напрягаемой с натяжением на упоры, должно приниматься не менее большего диаметра стержней, а также для нижних горизонтальных (при бетонировании) стержней не менее 25 мм и для верхних стержней не менее 30 мм; если нижняя арматура расположена более чем в два ряда, то горизонтальное расстояние между стержнями в третьем (снизу) и выше расположенных рядах принимается не менее 50 мм.

В стесненных условиях стержни можно располагать попарно без зазоров. Расстояние в свету между стержнями периодического профиля принимают по номинальному диаметру.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8618 – | 7453 – или читать все.

95.47.253.202 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Особенности армирования ж/б балок

Предприятия, производящие железобетонные изделия, выпускают широкую номенклатуру продукции. Не всегда стандартные изделия можно использовать при реализации проекта конкретной постройки. Наверняка многие обращали внимание на строителей, размещающих в опалубке стальную арматуру. Все понимают, что стальные прутки обеспечивают высокие прочностные характеристики железобетонной балки.

Однако правильно определить диаметр прутков, их количество могут только специалисты, владеющие расчетной методикой. Для большинства обывателей, не сталкивавшихся с методологией выполнения расчёта балок прямоугольного сечения, этот процесс остается загадкой.

Арматурный стержень воспринимает значительные нагрузки на растяжение, но неустойчив к сжатию и изгибу.

Серьезной строительной задачей является выполнение расчёта армирования. Потребность в этом возникает при выполнении строительных мероприятий в частной застройке. Можно, конечно, обратиться к профессионалам или использовать специальные программные средства. Но, к сожалению, такая возможность не всегда имеется, поэтому рекомендуем ознакомиться с представленными в материале рекомендациями. Уверены, они помогут вам принять правильное решение, осуществляя армирование балок.

Разновидности балок

Что представляет собой конструкция железобетонной балки? Каковы отличия по способу установки и форме сечения?

Балка – изготовленный из бетона и армированный стальными прутками элемент, работающий в составе строительной конструкции и воспринимающий силовые нагрузки. Такие строительные конструкции еще называют ригелями или прогонами. В зависимости от метода установки они могут быть:

  • Монолитными элементами, представляющими собой свободно расположенные или защемленные с одной или двух сторон однопролетные конструкции.
  • Комбинированными (сборно-монолитными) конструкциями, в том числе консольными.
  • Сборными, состоящими из отдельных частей, входящих в состав общей многопролетной конструкции.

Цельные армированные балки используются при строительстве как элементы фундаментов и перекрытий.

Сечение элементов различное и может иметь прямоугольную форму, представлять трапецию, тавр, двутавр или другие виды. Согласно строительным нормам, ширина сечения принимается равной 5 сантиметрам и представляет собой цифровой ряд, начиная от 100 мм, и заканчивая 250 мм. Высота изделия соответственно изменяется.

Комбинация арматурных стержней и бетона даёт комбинацию их свойств

Основные задачи усиления

Обсуждая вопрос усиления железобетонных конструкций прямоугольного профиля, остановимся отдельно на терминологии. В специализированных строительных источниках процесс повышения прочности бетонных конструкций, связанный с установкой арматуры, называется армированием ЖБ изделий. Что обозначают буквы аббревиатуры? Ответим:

  • Ж – сокращённое обозначение наличия в конструкции железных (стальных) арматурных стержней или сетчатых каркасов, способствующих увеличению прочностных характеристик.
  • Б – характеризует материал бетон, массив которого усилен закладными элементами.

Основными задачами усиления железобетонных балочных элементов являются:

  • Обеспечение высокой несущей способности изделий.
  • Повышение прочностных характеристик.
  • Противодействие разрушению.
  • Увеличение устойчивости к восприятию повышенных нагрузок.

Решение поставленных задач по обеспечению прочности осуществляется путем армирования и реализации специальных методов, направленных на:

  • оценку прочностных характеристик;
  • проверку выносливости бетонной опоры под воздействием многократных циклов нагружения;
  • контроль устойчивости железобетонной балки, сохранения ее целостности и расположения.

Большинство заводских изделий производится с использованием предварительно напряжённой арматуры

Назначение расчетов

Расчёт позволяет определить площадь элементов усиления, в зависимости от заданных усилий, или несущую способность, согласно фактическим размерам применяемых прутков. В частности, выполнение предварительных расчетов помогает определить:

  • Размер прутков в диаметре.
  • Длину элементов.
  • Характер расположения в изделии.

Мнение эксперта: Армирование ЖБ балок

Усилить бетонные конструкции возможно при помощи металлических каркасов, арматурных сеток и отдельных прутьев арматуры. Наиболее оптимальный диаметр стержней для арматурных прутьев – 10-12 мм. В процессе создания изгибов запрещается использовать болгарку и другие инструменты для искусственного нагрева прутьев. Перед непосредственным процессом армирования необходимо провести расчеты для определения правильного расположения арматуры в конкретном случае.

Для определения оптимального варианта армирования конкретной бетонной балки учитывайте следующие параметры:

  • геометрические размеры изделия (длина, ширина, высота);
  • толщину защитного слоя, характеризующую расстояние от арматуры до внешней плоскости бетонной поверхности;
  • величину распределенной или точечной нагрузки.

Принципы армирования

Усиление бетонных конструкций производится с использованием следующих элементов:

  • Отдельных стальных арматурных стержней.
  • Металлических каркасов.
  • Стальных сеток.

В высотных зданиях арматурный каркас служит основой всей конструкции

В процессе армирования прутки могут устанавливаться как в растянутых участках бетонной балки, так и в сжатых. Специфика применения опор при выполнении строительных работ позволяет отнести их к изгибаемым элементам, в которых под воздействием прилагаемых усилий возникает растянутая зона, сжатый участок, так как действует изгибающий момент и поперечные усилия.

Армирование балок осуществляется стержнями, расположенными продольно и поперечно. В зависимости от направления приложения сил, верхний и нижний арматурные прутки каркаса могут быть как растянутыми, так и сжатыми.

Рассмотрим основные части горизонтального каркаса усиления, находящегося под воздействием приложенных вертикальных усилий. Он состоит из следующих элементов:

  • расположенных в верхней части каркаса стержней, находящихся в сжатом состоянии;
  • находящихся внизу прутков, растягивающихся под воздействием нагрузок и упрочняющих бетонную балку;
  • поперечных элементов, обеспечивающих прочность прямоугольного сечения;
  • распределительной арматуры, связывающей элементы единым контуром.

Требования к арматуре

К поверхности элементов усиления предъявляется комплекс специальных требований.

При армировании ребра плоскими сварными каркасами стержни сваривают между

  • Обезжирьте прутки.
  • Очистите стержни от грязи, краски и неметаллических покрытий.
  • Освободите поверхность от отслаивающегося налета ржавчины, используя металлическую щетку.

Бытует мнение о целесообразности увлажнения арматурных стержней водой за неделю до укладки и бетонирования. В результате она покроется ржавчиной, и к ней сильней будет прилипать раствор бетона. Специалисты подтверждают, что присутствующая на поверхности прутков ржавчина, не имеющая отслоений, увеличивает коэффициент сцепления арматуры с раствором. Прутки с ржавой поверхностью эффективнее склеиваются бетонным составом, но, при этом, ржавых отслоений не допускается.

Стальные стержни, имеющие переменный профиль, обладают 3-кратным запасом сопротивления выдергиванию по сравнению с гладкой арматурой.

Особенности усиления

Усиление арматурными стержнями осуществляют с применением продольных и поперечных прутков арматуры с последующей сваркой или вязкой. Выполняя вязку каркасов, применяйте арматуру с Г-образным изгибами.

Производя армирование балок, соблюдайте следующие требования:

  • применяйте прутки диаметром более 10 миллиметров для продольного армирования;
  • используйте в качестве ненапрягаемых арматурных прутков стальные стержни, диаметром не менее 12 мм, для вязаных каркасов, предназначенных для опор, высотой более 40 сантиметров;
  • обеспечьте интервал между продольными силовыми элементами каркаса не меньше 25 миллиметров – для стержней нижнего уровня, и 30 мм – для прутков верхнего слоя.

Как правило, из железобетона устраивают два вида элементов — балки и плиты

В зависимости от изменения класса бетона, из которого изготавливаются изделия, изменяется диаметр продольных прутков. Для арматуры, имеющей прочность 500 МПа, ее размер в диаметре должен быть:

  • 16 мм – для легкого бетона класса В12.5 и ниже.
  • 25 мм – при армировании массива класса В15-В25.
  • 32 мм – при усилении состава категории В30 и выше.
Читать еще:  Заливка бетонного пола по грунту

Если выполняется усиление балок из ячеистых составов класса ниже В10, допускается уменьшение диаметра продольно расположенных прутков – меньше 16 миллиметров.

Выполнение отгибов

К местам стыков и расположения отгибов стержней предъявляются специальные требования, так как они определяют прочностные характеристики. Определяя место загиба прутка, соблюдайте рекомендации:

  • выдерживайте величину интервала от загиба до внешней поверхности (не более 50 миллиметров);
  • не применяйте короткие прутки, имеющие один наклонный участок и свободно расположенные в каркасе («плавающие» стержни);
  • обеспечьте величину угла изгиба к оси изделия на уровне 45 градусов. Допускается увеличение для высоких конструкций (более 80 см высотой) значения угла до 60 градусов, а для низких, работающих при точечных усилиях, уменьшение до 30 градусов;

При размещении отгибов надо следить, чтобы на участке, где их ставят по расчету, в любом сечении, нормальном к оси балки, был по крайней мере один отгиб

  • производите отгиб на одном продольном прутке в каждой из плоскостей каркаса изделия, имеющего ширину меньше 20 сантиметров. При увеличении ширины изделия загните не менее 2-х прутков в каждой плоскости;
  • располагайте отогнутые части стержней симметрично относительно оси;
  • определяйте расчётным путём интервал между наклонными участками прутков, расположенных в разных плоскостях каркаса.

Специфика поперечного армирования

Производя поперечное усиление каркаса, выполняйте следующие требования:

  • Применяйте вертикальные элементы усиления, если высота балки составляет более 15 сантиметров.
  • Не устанавливайте поперечную арматуру, если высота меньше 15 сантиметров.
  • При наличии одного продольного стержня арматуры или сварной сетки, строительные нормы допускают отсутствие поперечных прутков.
  • Вычисляйте расчетным методом, учитывающим особенности сварки каркаса, значение диаметра расположенных в поперечной плоскости стержней.

Соблюдение величины защитного слоя

Выдерживание необходимого значения защитного слоя, представляющего собой интервал от арматуры до внешней поверхности изделия, позволяет предохранить каркас от проникновения влаги и обеспечить оптимальный режим работы в бетонном массиве. Кроме того, защитный слой определяет огнестойкость конструкции.

Для балок, предназначенных для установки в фундаментах и сборных конструкциях, значение не должно быть меньше диаметра арматуры и составляет 30 миллиметров.

Фиксированный размер величины слоя обеспечивается путем применения специальных подкладок и пластиковых фиксаторов, обеспечивающих неподвижность каркаса и необходимое положение при заливке бетона. Если бетонные изделия имеют сечение меньше 250 мм, то размер защитного слоя для поперечного армирования составляет один сантиметр. При большем размере сечения достаточно полтора сантиметра для обеспечения защитного интервала.

Ошибки при усилении

В процессе армирования бетонных конструкций имеют место нарушения технологии армирования, вызывающие снижение прочности бетонных изделий. Выполняя работы, обратите внимание на следующие моменты:

  • Не допускается применять вместо рабочей арматуры трубы изделия из алюминия, отходы промышленного производства, проволоку и некондиционный металл произвольной конфигурации. Применение указанных материалов, не обладающих необходимыми эксплуатационными характеристиками, вызовет деформацию бетона и его растрескивание.
  • Запрещается нагревать участки загибов автогеном, применять болгарку, надпиливая деформируемые участки. Это вызывает ослабление стержней и приведет к непоправимым последствиям под воздействием усилий. Все операции по загибу прутков производятся без искусственного нагрева.
  • Прутки усиления класса А-III сгибаются на угол не более 90 градусов с применением специальной оправки, радиус которой равен 5-кратному размеру сечения арматуры. Выполнение загиба на развернутый угол (180 градусов) уменьшает прочность конструкции на 10 процентов.

Итоги

Соблюдение изложенных рекомендаций по усилению бетонных изделий обеспечит прочностные характеристики конструкции, их эксплуатацию на протяжении длительного времени.

Армирование железобетонных конструкций

Бетон имеет существенный недостаток, присущий всем каменным материалам искусственного и естественного происхождения: он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона на растяжение составляет всего 7… 10% его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетона на растяжение и изгиб, в него укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой. Арматура с латинского означает “вооружение”. Бетон, вооруженный арматурой, способен на многое.

Цемент изобрели в 1824 – 1825 гг. практически одновременно, независимо друг от друга Егор Челиев в России и Джозеф Аспдин в Англии. Производство цемента и использование бетона быстро совершенствовалось и развивалось, но оставался существенный недостаток – плохое сопротивление бетона растяжению.

Открытие железобетона принадлежит парижскому садовнику Иосифу Монье, который решил вместо деревянных кадок для цветов сделать бетонные. Для прочности он уложил в бетон проволоку. Получились очень долговечные изделия. Так появился железобетон (патент от 1867 г.), в котором бетон и сталь дополнли друг друга. Металл предотвращал появление трещин при растяжении, а бетон защищал сталь от коррозии. Попытки создать железобетон предпринимались и раньше (1845 – В. Уилкинсон, Англия; 1849 – Г.Е. Паукер, Россия). Первые железобетонные конструкции появились в 1885 г.

Железобетон – это не два разнородных материала (бетон и сталь), а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Это объясняется следующими причинами.

Прочность сцепления арматуры с бетоном достаточно велика. Так, чтобы выдернуть из бетона пруток диаметром 12 мм, введенный на глубину 300 мм, потребуется сила не менее 400 кг. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температур, так как коэффициенты их теплового расширения почти одинаковы.

Модуль упругости стали почти в 10 раз выше, чем бетона. То есть при совместной работе бетона со сталью напряжения стали в 10 раз выше, чем бетона, что ведет к перераспределению нагрузок, действующих в растянутой зоне балок. Основную нагрузку в растянутой зоне балки несет сталь, а в сжатой – бетон.

Бетон, благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня, с другой, защищает сталь от коррозии (пассивирование).

Кроме того, бетон, как сравнительно плохой проводник тепла, защищает сталь от сильного нагревания при пожарах. При температуре поверхности бетона в 1000°С арматура, находящаяся на глубине 50 мм, через 2 часа нагреется лишь до 500°С.

При работе железобетонной конструкции на изгиб на предельных значениях нагрузки в растянутой зоне бетона могут возникнуть трещины толщиной менее 0,1…0,2 мм (так называемые волосяные трещины), которые не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии металла.

Для того чтобы арматура быстрее включалась в работу бетона, её выпускают с рельефной поверхностью, снабжая насечками различной конфигурации. Железобетонная конструкция будет работать лучше, если основные силовые прутки арматурного каркаса будут соединены в единую сварную конструкцию с поперечными связями.

Цель армирования можно пояснить на железобетонных изделиях, работающих на изгиб, которые достаточно широко применяются в строительной практике. Балки над проемами окон и дверей, железобетонные панели и плиты перекрытия, балки и ригеля мостов и цеховых построек можно отнести к этой категории строительных изделий.

“Сопромат” – сопротивление материалов – наука о прочности конструкций. Любая конструкция, на которую действуют силы, испытывает внутренние напряжения, соответствующие величине и направлению действия этих сил. Задача проектировщиков – создать такую конструкцию, в которой уровень внутренних напряжений не будет выше тех, которые способны выдержать используемые материалы, а деформации конструкции не превысят допустимую величину.

Если взять бетонную балку, загруженную какими-либо силами, например, распределенной нагрузкой (q) (Рисунок 114, а), то в ней одновременно действуют напряжения двух видов: нормальные (а) и сдвиговые (т). Следует заметить, что величина этих напряжений меняется не только по длине балки, но и по высоте её поперечного сечения.

Но длине балки, в каждом её поперечном сечении, напряженное состояние от воздействия внешних нагрузок может быть приравнено к одновременному действию двух нагружений – изгибающего момента (М изг) и перерезывающей силы (Q), величина которых в каждом сечении балки рассчитывается по определенным формулам “сопромата”.

Наибольшая величина изгибающего момента будет в середине балки. К концам она будет уменьшаться до нуля. Графическое изображение такого изменения называется эпюрой изгибающих моментов М изг (Рисунок 114, в).

Эпюра перерезывающих сил Q (Рисунок 114, г) показывает, что наибольшая их величина приходится как раз на опоры, на которые опирается балка.


Рисунок 114. Балка под нагрузкой “Р” и напряжения в ней:
А – неармированная балка; Б – армированная балка; В – эпюра изгибающих моментов; Г – эпюра перерезывающих сил;
1 – бетонная балка; 2 – арматура; 3 – трещина от изгиба балки; 4 – трещина от перерезывающей силы; 5 – напряжения сжатия; 6 – напряжения растяжения

Что же происходит с такой балкой?

От действия изгибающего момента в ней возникают нормальные напряжения (сжатие-растяжение), которые по высоте сечения меняются от наибольшего сжатия -вверху до наибольшего растяжения внизу. В нейтральной средней зоне поперечного сечения нормальные напряжения – нулевые. Наибольшие напряжения от изгибающего момента будут в середине пролета. Если бетон “не вооружен” арматурой, то внизу, в зоне действия растягивающих напряжений, могут возникнуть трещины (Рисунок 114, а).

В зоне действия максимальных перерезывающих сил возникают наибольшие касательные напряжения. Обращаем внимание любителей “сопромата” на то, что касательные напряжения создают в теле балки напряженное состояние, которое характеризуется одновременным действием нормальных напряжений сжатия и растяжения, ориентированных к горизонтали под углом в 45°. Растягивающая составляющая напряжений в зоне опор может спровоцировать появление наклонных трещин (Рисунок 114, а).

Армирование балки стальными прутками, усиливающими бетонный массив в зоне наибольших растягивающих напряжений в середине пролета и около опор, позволяет создать жесткую и прочную железобетонную конструкцию (Рисунок 114, б).

Растягивающие напряжения в балках около опор могут быть причиной возникновения наклонных трещин только при относительно большом расстоянии между опорами и малой толщине балки (плиты перекрытий, длинные надоконные перемычки, балки или ригеля мостов и т.п.). Поэтому при армировании лент фундамента или стен дома наклонные отгибы арматуры в зоне опор можно не выполнять.

Где лучше располагать арматуру

Наибольшая эффективность арматуры при изгибающих нагрузках создается при её расположении в зоне максимальных деформаций от растягивающих напряжений, как можно ближе к краю. Но бетон должен защищать арматуру от коррозии, да и обжатие арматуры бетоном должно быть полноценным со всех сторон. Поэтому арматуру располагают в массиве бетона не ближе 3…5 см от поверхности железобетонного изделия, притом чем плотнее бетон, тем меньше может быть это расстояние.

Использование прутков повышенной прочности в качестве арматуры полностью не реализует их потенциальные возможности. При полном их нагружении растяжением в массиве бетона возникают относительно широкие трещины, снижающие коррозийностойкость арматуры. Для повышения эффективности ее работы процесс бетонирования и созревания бетона происходит при натянутой арматуре. Таким образом создается напряженный бетон, находящийся в сжатом состоянии и при отсутствии нагрузок.

Применение метода предварительного натяжения позволяет повысить эффективность работы арматуры и всей железобетонной конструкции. В толще бетона натянутая арматура создает напряжения сжатия, которые после сложения с напряжениями изгиба, действующими на конструкцию, образуют относительно небольшую составляющую напряжений растяжения (Рисунок 115, а).


Рисунок 115. Примеры напряженного бетона:
А – балка; Б – Останкинская телебашня;
1 – бетонное основание телебашни;
2 – трос натяжения; 3 – напряжение от веса;
4 – напряжение от натяжения троса;
5 – напряжения от изгиба;
6 – суммарное напряжение в поперечном сечении;
7 – бетон; 8 – форма;
9 – арматура в растянутом состоянии;
10 – железобетонная балка под нагрузкой

Читать еще:  Устройство бетонной площадки под авто

Останкинская телебашня в Москве построена в начале 70-х годов прошлого века. Тонкой иглой башня пронизывает московское небо, поражая воображение. Невольно задаешься вопросом: как такая тонкая конструкция выдерживает ветровую нагрузку? Основная часть телебашни выполнена в виде трубы переменного сечения, отлитой из высокопрочного железобетона. Внутри трубы натянуты мощные троса, нагружающие массив бетона сжатием и исключающие появление растягивающих напряжений в бетоне при изгибе башни от ветровых нагрузок (Рисунок 115, б). За натяжением тросов специалисты ведут тщательное наблюдение.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используются прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность. Железнодорожные шпалы, сделанные по такой технологии, обладают весьма высоким ресурсом при эксплуатации в самых суровых климатических условиях.

Прутки арматуры и сварные арматурные сетки используются в производстве железобетонных изделий на заводах ЖБИ и при бетонировании, выполняемом непосредственно на строительной площадке (устройство фундамента, армирование стен, создание бетонных перекрытий и надоконных перемычек, бетонирование дорог и устройство отмостки…).

В зависимости от механических свойств и технологии изготовления арматура делится на классы и обозначается следующими буквами:
А – стержневая арматура;
В – проволока;
К – канаты.

Для обеспечения максимальной экономии целесообразно применять арматуру с наиболее высокими механическими свойствами.

Индустриализация арматурных работ успешно решается за счет широкого применения сварных сеток, плоских и объемных сварных каркасов.

Металлургическая промышленность выпускает прутки арматуры диаметром от 5,5 до 40 мм. Следует учитывать, что применение арматуры большого диаметра (больше 12 мм) в условиях индивидуального строительства нельзя считать оправданным. Большие поперечные сечения арматуры используются при больших пролетах балок, которые встречаются лишь в индустриальном строительстве. Подобное ограничение связано с тем, что арматура в процессе работы бетонной конструкции загружается растягивающими напряжениями. Арматура больших сечений при небольших габаритах строений не успевает загрузиться в полной мере, из-за чего полноценной совместной работы бетона и арматуры не происходит. Оптимальный диаметр прутков в условиях индивидуального строительства – 6…12 мм (армирование фундамента и стен, создание сейсмопояса).

Планируя выполнить стык прутков арматуры, индивидуальные застройщики не всегда хотят связываться с проведением сварочных работ. Простой перехлест арматуры па длине больше 60 диаметров прутков – достаточное условие для их соединения. Например, при диаметре прутков 12 мм, перехлест прутков должен быть не менее 72 см. Если законцовки прутков загнуть, то длину перехлеста можно уменьшить в два-три раза.

Достаточно часто застройщики применяют для армирования бетонных конструкций тот металл, который у них есть, или тот, который им предлагают знакомые.

Да, металл сейчас дорогой и такой подход к подбору арматуры вполне понятен. Но в этом есть некоторые ограничения.

Что нельзя применять для армирования:
– алюминиевые прутки (низкий модуль упругости и отсутствие сцепления с бетоном);
– листовую полосовую сталь (провоцирует появление трещин в плоскости листового материала при относительно малой площади поперечного сечения, слабое сцепление металла с бетоном по плоскости);
– полосы листового материала с просечками – отходы штамповочного производства (совсем малое реальное поперечное сечение арматуры);
– сетка-рабица (обладая свойствами пружины, никак не может выполнять армирующую роль);
– трубы, оставшиеся после демонтажа газопроводов, систем водоснабжения или центрального отопления (в полости труб может скапливаться вода, которая при замерзании разрушит трубу и бетон);
– массивные профиля в виде уголков, швеллеров, двутавров или рельсов (большая площадь сечения и относительно слабое сцепление бетона с плоскими участками металла затрудняют включение металла в работу, мешают созданию единой структуры железобетона);
– прутки арматуры длиной меньше 1 м (не успевают включиться в работу).

Если арматура покрыта краской, жировыми или масляными пленками – все это необходимо снять, чтобы обеспечить хорошее сцепление металла с бетоном.

В последнее время в качестве арматуры в железобетонных конструкциях стали использовать изделия из стеклопластика и пластика с базальтовыми волокнами.

Арматурная сетка из стеклянных волокон, пропитанная битумом, используется для армирования асфальтобетонных покрытий и дорог, аэродромных покрытий, а также при проведении дорожных ремонтно-восстановительных работ. Выпускается по ТУ 2296-041-00204949-95. В технологии ТИСЭ применяется для армирования стен.

Лента выпускается в рулонах (75-80 м) шириной 1 м. Ячейка – 25×25 мм. Разрывная прочность – 4 тонны на метр ширины. Сетка удобна в транспортировке и в раскрое (режется обычными ножницами), не создает “мостков холода”, не ржавеет, инертна к электромагнитному излучению.

Гибкие связи из базальтовых волокон – прутки диаметром 5…8 мм с загнутыми законцовками. Длина гибкой связи согласуется с изготовителем. Прочная и жесткая гибкая связь не подвержена коррозии, хорошо стоит в бетоне, не создает “мостка холода”. В технологии ТИСЭ применяется при возведении трехслойных стен без “мостков холода”.

Замена металлического армирования стен на неметаллическое дает возможность сохранить природный электромагнитный фон Земли и тем самым улучшить экологическую среду в доме.

Конструктивные решения и требования к железобетонным изгибаемым элементам

Рациональность железобетонных изгибаемых элементов заключается в сокращении расхода материалов, стоимости и трудоемкости, в улучшении визуального восприятия, в размещении прочных материалов в направлении траекторий главных напряжений. Дополнительными показателями могут быть приспособленность к легкой разборке конструкций после окончания срока эксплуатации, и возможность вторичного использования.

Учитывая реальную часть этих требований, рациональными изгибаемыми элементами можно считать тонкостенные ребристые конструкции, плиты с пустотами, причем форму пустот лучше принимать вытянутую по вертикали, с целью получения большего момента сопротивления сечения. Важным показателем является размещение прочных материалов по траекториям главных напряжений. Это правило имеет отношение к размещению арматуры в изгибаемых элементах: арматуру в растянутой зоне и особенно в приопорных участках желательно размещать в направлении траекторий главных напряжений, поперек главных растягивающих напряжений.

Железобетонные плоские и ребристые перекрытия и покрытия являются важнейшими конструктивными частями всех типов зданий. Они предназначены для надежного восприятия постоянных и временных вертикальных нагрузок; объединяя все вертикальные конструкции в единую пространственную систему, они обеспечивают пространственную жесткость и устойчивость зданий, воспринимая и горизонтальные нагрузки. Железобетонные плоские перекрытия состоят из плоских плит, а ребристые — из плит и расположенных обычно под ними балок (ребер). Они могут быть монолитными, сборными или сборно-монолитными, с обычной и напряженной арматурой. Плиты и балки — это наиболее распространенные элементы в строительстве. Балками называют элементы, длина которых l намного больше высоты h и ширины b, а плитами — плоские элементы, толщина которых h значительно меньше ширины l1 и длины l2 (рис. 4.2). В зависимости от соотношения между размерами в плане плоские плиты делят на балочные (граничное соотношение l2/l1 > 2. 3), и опертые по контуру (l2/l1 150 мм — 1,5h и 400 мм. В балках и ребрах шириной более 150 мм число продольных рабочих стержней растянутой арматуры в поперечном сечении должно быть не менее двух. При ширине элемента b 3 %, выполняют технико-экономическое обоснование.

Если расчетом выявлено, что прочность (несущая способность) элемента исчерпывается одновременно с образованием трещин в растянутой зоне, то площадь сечения продольной арматуры увеличивают по сравнению с расчетной на 15%. В изгибаемых элементах из легкого и поризованного бетона с арматурой класса А500 и ниже диаметр продольных стержней не должен превышать для бетона классов B10 — 16 мм; В15. В25 — 25 мм; > В30 — 32 мм. В изгибаемых элементах из ячеистого бетона класса B10 диаметр продольной арматуры принимают не более 16 мм. При стесненных условиях располагают стержни напрягаемой арматуры попарно, без зазора между ними, в несколько рядов. При назначении расстояний между парами стержней, определении длины передачи напряжения lp и длины зоны анкеровки lan пару рассматривают как условный стержень диаметром

где d — диаметр одного стержня в пучке; n — число стержней в пучке.

В железобетонных элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, а также сжатой, если она требуется по расчету, в процентах от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения на рабочую высоту сечения us = As*100%/bh0, следует принимать не менее: 0,1 % — в изгибаемых, внецентренно растянутых элементах и внецентренно сжатых элементах при гибкости l0/i 87 (для прямоугольных сечений l0/i > 25); для промежуточных значений гибкости элементов значение р определяют по интерполяции. В элементах с продольной арматурой, расположенной равномерно по контуру сечения, а также в центрально растянутых элементах минимальную площадь сечения всей продольной арматуры следует принимать вдвое большей указанных выше значений и относить ее к полной площади сечения бетона. Диаметр продольной рабочей и монтажной арматуры балок принимают не менее 12 мм. Для продольной арматуры, устанавливаемой по конструктивным соображениям, а также для продольных монтажных стержней сварных каркасов сборных балок допускается применять стержни меньших диаметров. Продольную рабочую арматуру назначают из стержней одинакового диаметра (допускается — двух диаметров). Стержни большего диаметра размещают в нижнем ряду, или в углах сечения, а при вязаных каркасах — в местах перегиба хомутов.

Рабочую продольную арматуру располагают по возможности равномерно в один ряд по ширине поперечного сечения балки. He рекомендуется шахматное расположение стержней в рядах по высоте, так как это затрудняет прохождение крупного заполнителя бетонной смеси между стержнями. В элементах с напрягаемой арматурой, натягиваемой на бетон (за исключением непрерывно армированных конструкций), расстояние в свету между каналами для арматуры должно быть, как правило, не менее диаметра канала и не менее 50 мм. Для предварительно напряженных конструкций при расположении арматуры учитывают уровень местного обжатия бетона и габариты натяжного оборудования (зажимов, домкратов). В предварительно напряженных элементах с натяжением располагаемой в каналах арматуры на бетон расстояние от поверхности элемента до поверхности канала принимают > 40 мм и не менее ширины канала; это расстояние до боковых граней элемента принимают не менее половины высоты канала. При расположении напрягаемой арматуры, натягиваемой на бетон, в пазах или снаружи элемента, толщину защитного слоя из торкретбетона принимают не менее 20 мм.

Требования к поперечной арматуре. Поперечная арматура может быть рабочей и монтажной (конструктивной), вертикальной или наклонной (отогнутой). Поперечная арматура обеспечивает проектное положение продольной рабочей арматуры, улучшает ее совместную работу с бетоном, воспринимает нерасчетные усилия от неравномерной усадки бетона. Рабочую поперечную арматуру устанавливают в приопорной зоне балок по расчету на действие поперечной силы Q и изгибающего момента M (рис. 4.5). Расстояние между поперечными стержнями в балках при отсутствии отогнутой арматуры, принимают (на приопорных участках длиной 1/4 пролета при равномерной нагрузке, и, кроме того, на длине от опоры до ближайшего груза при сосредоточенных нагрузках, но не менее 1/4 пролета): при высоте сечения h 400 мм — не более h/3 и не более 500 мм; на остальной части пролета при высоте сечения балок h > 300 мм — не более 3/4h и не более 500 мм.

Читать еще:  Подготовка к заливке пола в частном домё

Поперечную арматуру устанавливают у всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная арматура. Поперечная арматура выполняет важные функции: обеспечение проектного положения продольных стержней, закрепление их от бокового выпучивания в любом направлении, ограничение развития трещин (в том числе носящих усадочный характер), восприятие расчетных усилий. Поперечную арматуру вязаных каркасов называют хомутами, их диаметр принимают не менее 5 мм. В сварных каркасах диаметр поперечной арматуры принимают не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с продольной арматурой наибольшего диаметра. Диаметр хомутов вязаных каркасов балок принимают не менее 0,25d и не менее 5 и 8 мм соответственно при высоте каркаса h 800 мм, где d — наибольший диаметр рабочих продольных стержней. Хомуты связывают с рабочей арматурой балок вязальной (отожженной) проволокой диаметром 0,8. 1,0 мм. Хомуты в зависимости от числа вертикальных стержней (ветвей) бывают двухветвевые (двухсрезные) и четырехветвевые (четырехсрезные). В балках шириной 450 МПа — не более 400 мм и не более 12d при вязаных и 5d при сварных каркасах, где d — наименьший диаметр сжатых продольных стержней. Концы хомутов, предусматриваемых для восприятия поперечных сил, анкеруют в бетоне посредством приварки или охвата продольной арматуры.

В железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, предусматривают установку поперечной арматуры с шагом не более 0,5h0 и не более 300 мм. В сплошных плитах, в часторебристых плитах высотой менее 300 мм, и в балках (ребрах) высотой менее 150 мм на участке элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, поперечную арматуру можно не устанавливать. В балках и ребрах высотой 150 мм и более, а также в часторебристых плитах высотой 300 мм и более, на участках элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, предусматривают установку поперечной арматуры с шагом не более 0,75h0 и не более 500 мм. В изгибаемых элементах при наличии необходимой по расчету сжатой продольной арматуры с целью предотвращения ее выпучивания устанавливают поперечную арматуру с шагом не более 15d и не более 500 мм (d — диаметр сжатой продольной арматуры). Если площадь сечения сжатой продольной арматуры, устанавливаемой у одной из граней элемента, более 1,5%, поперечную арматуру устанавливают с шагом не более 10d и не более 300 мм. Продольное предварительное обжатие элемента приводит к возникновению в нем поперечных растягивающих напряжений, поэтому поперечную арматуру предварительно напряженных элементов выполняют в виде замкнутых хомутов, охватывающих крайние ряды напрягаемой арматуры; во всех местах перегибов хомутов устанавливают продольную монтажную арматуру.

Поперечную арматуру в плитах в зоне продавливания (в направлении, перпендикулярном сторонам расчетного сечения) устанавливают с шагом не более 1/3h0 и не более 300 мм. Стержни, ближайшие к контуру грузовой площади, располагают не ближе h0/3 и не далее h0/2 от этого контура. Ширина зоны постановки поперечной арматуры (от контура грузовой площади) должна быть не менее 1,5h0.

Менее технологичные отогнутые стержни проектируют в изгибаемых элементах только при невозможности восприятия поперечных сил в приопорной зоне бетоном и хомутами. Чаще их ставят при армировании вязаными каркасами и в коротких консолях. Арматуру отгибов отгибают по дуге радиуса не менее 10d, а на их концах выполняют прямые участки длиной не менее длины анкеровки. Начало отгиба в растянутой зоне должно отстоять от нормального сечения, в котором отгибаемый стержень используется по расчету, не менее чем на 0,5h0, а конец отгиба должен быть расположен не ближе того нормального сечения, в котором отгиб не требуется по расчету. Вертикальную поперечную арматуру в многопустотных сборных плитах высотой более 300 мм устанавливают по расчету. Соотношение диаметров поперечных и продольных стержней в сварных каркасах и в сварных сетках устанавливают из возможности их сварки. Расстояния между поперечными стержнями у каждой поверхности элемента принимают не более 600 мм и не более удвоенной ширины грани элемента. Поперечная арматура, устанавливаемая в плитах в зоне продавливания, должна на концах иметь анкеровку, выполняемую приваркой или загибом при охвате продольной арматуры. Расстояние между поперечными стержнями принимают не более 1/3h0. Ширина зоны постановки поперечной арматуры должна быть не менее 1/5h0. Точное положение арматурных каркасов и сеток в опалубке обеспечивают путем фиксации арматуры с помощью пластмассовых ограничителей защитного слоя бетона однократного использования, остающихся в бетоне; приварки упоров к каркасам; удлинения отдельных поперечных стержней до упора в стенки опалубки; постановки специальных поддерживающих сеток и каркасов — разделителей (рис. 4.6).

Расстояние между разделителями сеток определяют расчетом на прогиб сеток под действием сосредоточенного монтажного груза весом F = 1 кН (вес человека с инструментом) и под действием собственного веса укладываемого бетона.

Требования к армированию плит. Плиты армируют сварными (это технологически проще) или вязаными сетками. Диаметр рабочих стержней арматуры сварных сеток назначают > 3 мм, вязаных > 6 мм. Расстояния между осями стержней рабочей арматуры в пролете и над опорами (для многопролетных плит) должны быть не более 200 мм при толщине плиты h 150 мм. Расстояния между рабочими стержнями продольной арматуры, доводимыми до опоры, не должны быть более 400 мм, а площадь сечения этих стержней на 1 м ширины плиты должна быть не менее 1/3 площади сечения рабочих стержней в пролете. Рекомендуется соотношение между площадями сечения надопорной и пролетной арматуры 1. 2,5; значение 2,5 принимают для средних пролетов многопролетных плит.

В плитах с малой толщиной ограничивают применение ненапрягаемой арматуры (в тонких плитах с обычной арматурой могут быть недопустимые прогибы и раскрытие трещин). Плиты с высотой поперечного сечения 0,002-М). В целях снижения способности образования продольных трещин в торцах балок и наклонных трещин у опор целесообразно часть продольной арматуры располагать криволинейно, выводя ее на торец элемента равномерно по высоте. Угол наклона пучков или стержней, напрягаемых на бетон, принимают не более 30°, а радиус закругления:

а) для пучковой арматуры и канатов: при диаметре проволок в пучках до 5 мм и при диаметре канатов 6. 9 мм — не менее 4 м; при диаметре проволок в пучках 6. 8 мм и диаметре канатов 12. 15 мм — не менее 6 м;

б) для стержней арматуры: диаметром до 25 мм — не менее 15 м, диаметром 28. 40 мм — не менее 20 м. Оболочки из синтетических материалов вокруг арматуры уменьшают трение напрягаемой арматуры о стенки каналов, что позволяет принимать меньшие радиусы закругления при соответствующем экспериментальном обосновании.

Необходимы большие радиусы закругления, так как при меньших радиусах в напрягаемой арматуре возникают большие потери предварительного напряжения за счет ее трения о стенки каналов и смятия бетона под арматурой, увеличивается расход ненапрягаемой арматуры на местное армирование в местах ее искривления. На концевых участках предварительно напряженных элементов с арматурой без анкеров в пределах длины зоны передачи напряжений не допускается образование трещин при действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, вводимых в расчет с коэффициентом надежности по нагрузке уf = 1. Это требование не учитывают при расчете элементов на действие усилия предварительного обжатия элемента, если в растянутой (от действия этого усилия) зоне его отсутствует напрягаемая арматура без анкеров.

В состав изгибаемых железобетонных элементов входят, помимо плит и балок перекрытий и покрытий, также плиты фундаментов, подпорные стены и многие другие конструкции. Плиты фундаментов во многом работают подобно плитам перекрытий, их схемы разрушения зачастую полностью подобны; но они имеют ряд особенностей, связанных с действующими нагрузками, с контактом с грунтом, и с геометрическими соотношениями.

Стадии работы изгибаемых железобетонных элементов. Напряженно- деформированное состояние изгибаемого ж/б элемента.

Время чтения: 3 минуты

На изгиб работают плиты и балки покрытий и перекрытий, различные элементы пролетных строений мостов и эстакад и т.д. Опыты показали, что элементы могут разрушаться либо по сечению, нормальному к продольной оси элемента и расположенному в зоне максимальных изгибающих моментов, либо по наклонному сечению вблизи опоры.

Расчетом устанавливают необходимые размеры элемента и его армирование при заданных нагрузках, обеспечивающие прочность во всех сечениях.

1.сечение, нормальное к оси элемента

2.сечение, наклонное к продольной оси

Стадия 1.

При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре малы, в бетоне развиваются примуществено упругие деформации. Зависимость между напряжениями и деформациями почти линейная, и эпюры напряжений, как в сжатой, так и в растянутой зонах можно считать треугольными

Стадия 1а.

При увеличении нагрузки напряжения в растянутом бетоне растут медленнее по сравнению с деформациями. В растянутой зоне сечения развиваются пластические деформации; эпюра напряжений здесь принимает криволинейное очертание, и напряжение в бетоне достигает предела прочности на растяжение bt=Rbtn. В сжатой зоне бетон испытывает преимущественно упругие деформации и эпюра напряжений близка к треугольной.

Стадия 1а положена в основу расчетов на появление трещин.

Стадия 2

При увеличении нагрузки в бетоне растянутой зоне появляются трещины, постепенно распространяются вплоть до нейтральной оси; в местах, где образовались трещины, бетон выключается из работы и растягивает напряжения воспринимаемой арматурой. В сжатой зоне эпюра напряжений в бетоне становится криволинейной. Стадия 2 положена в основу расчета прогибов изгибающих моментов и ширины раскрытия трещин.

Стадия 3

При дальнейшем увеличении нарастания трещины, а растянутой зоне раскрываются, напряжения в материалах увеличиваются, и наступает разрушение балки. В этой стадии неупругие деформации ползучести охватывают значительную часть сжатой зоны, и эпюра напряжений в бетоне носит ярко выраженное криволинейное очертание.

Характер разрушения балки зависит от степени насыщения арматурой сечения. В нормально армированных балках несущая способность растянутой арматуры обычно несколько ниже несущей способности сжатой зоны бетона. Поэтому напряжения в растянутой арматуре достигают предела текучести s=m раньше, чем возникают в сжатой зоне бетона напряжения, равные пределу прочности бетона на сжатие. При напряжениях в арматуре, равных Rs=m, резко возрастают пластические деформации арматуры, балка получает большой прогиб, происходит значительное раскрытие и удлинение трещин. В результате напряжения в бетоне достигают предела прочности на сжатие Rbn, происходит раздавление сжатой зоны бетона. Следовательно, процесс разрушения нормально армированной балки (случай 1) характеризуется тем, что в растянутой арматуре и сжатой зоне бетона одновременно возникают напряжения, равные расчетному сопротивлению.

Если резко увеличить насыщение сечения арматурой, то несущая способность арматуры может, оказаться значительно больше несущей способности сжатой зоны бетона (переармированное сечение).

В этом случае сжимающие напряжения в бетоне достигают значения Rbn, и произойдет раздавливание бетона сжатой зоны раньше, чем напряжения в растянутой арматуре достигают предела текучести (случай 2).

Прочностные свойства арматуры окажутся недоиспользованными. Применение переармированных элементов недопустимо.

Стадия 2 положена в основу расчета по разрушающим усилиям и по предельным состояниям.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector