- •Г.М. Грушевский, о.О. Иваев, с.К. Романов, в.В. Ходыкин Железобетонные конструкции
- •Введение
- •1. Основные физико-механические свойства бетона, стальной арматуры и железобетона
- •1.1. Бетон
- •1.1.1. Общие сведения
- •1.1.2. Структура (строение) бетона
- •1.1.3. Усадка бетона и начальные напряжения
- •1.1.4. Прочность бетона
- •1.1.5. Классы и марки бетона
- •1.1.6. Деформативность бетона
- •1.1.7. Модуль деформаций бетона
- •1.2. Арматура для железобетонных конструкций
- •1.2.1. Назначение арматуры и требования к ней
- •1.2.2. Виды арматуры
- •1.2.3. Физико-механические свойства арматурных сталей
- •1.2.4. Классификация арматуры по основным характеристикам. Сортамент арматуры
- •1.2.5. Сварные арматурные изделия
- •1.2.6. Соединения арматуры
- •1.3. Железобетон
- •1.3.1. Общие сведения
- •1.3.2. Содержание арматуры
- •1.3.3. Значение трещиностойкости
- •1.3.4. Сцепление арматуры с бетоном
- •1.3.5. Анкеровка арматуры в бетоне
- •1.3.6. Усадка бетона при наличии арматуры
- •1.3.7. Ползучесть бетона при наличии арматуры
- •1.3.8. Коррозия железобетона и меры защиты от неё
- •1.3.9. Защитный слой бетона и минимальные расстояния между стержнями
- •2. Экспериментальные основы теории сопротивления железобетона и методы расчета железобетонных конструкций
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Три стадии напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов
- •2.3. Методы расчёта железобетонных конструкций
- •2.4. Метод расчёта железобетонных конструкций по предельным состояниям
- •2.4.1. Сущность метода
- •2.4.2. Две группы предельных состояний
- •2.4.3. Расчётные факторы
- •2.4.4. Классификация нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки
- •2.4.5. Степень ответственности зданий и сооружений
- •2.4.6. Нормативные и расчётные сопротивления бетона
- •2.4.7. Нормативные и расчётные сопротивления арматуры
- •2.4.8. Структура расчётных формул
- •2.4.9. Общий способ расчёта прочности железобетонных элементов
- •Литература
- •Содержание
1.3.4. Сцепление арматуры с бетоном
Под сцеплением понимают непрерывную связь между бетоном и арматурой по поверхности контакта этих материалов. В нагруженных железобетонных конструкциях благодаря сцеплению не происходит скольжения арматуры в бетоне.
Сцепление арматуры с бетоном является одним из наиболее важных фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его востребованность как строительного материала.
Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заделанных в бетоне (рис. 26).
Рис. 26. Схемы испытаний на нарушение сцепления арматуры с бетоном:
а – на выдёргивание; б – на вдавливание
При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления, которые, как показали исследования, распределяются по длине стержня неравномерно. Наибольшие их значения τ max действуют на некотором расстоянии от торца и не зависят от длины заделки стержня в бетоне (рис. 27).
Надёжность сцепления по опытным данным зависит от трёх следующих факторов:
сопротивления бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т.е. механическим зацеплением арматуры за бетон (рис. 27, г); даже сравнительно гладкая арматура имеет неровности, заполняемые бетоном;
от сил трения арматуры о бетон, которые вследствие усадки бетона развиваются на поверхности арматуры при попытке выдернуть стержень;
от склеивания поверхности арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности геля бетона.
Выявление точного влияния каждого из перечисленных факторов в процентном отношении затруднительно, да и не имеет большого практического значения, так как они проявляются одновременно. Однако наибольшее влияние на прочность сцепления стержней периодического профиля оказывает первый фактор – он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления.
Среднее напряжение сцепления (если испытание доведено до сдвига арматуры) определяют как частное от деления усилия в стержне N на площадь поверхности заделки (рис. 27, б, в):
откуда необходимая длина заделки:
Рис. 27. Сцепление арматуры с бетоном:
а – арматурный стержень в бетоне; б – эпюра касательных напряжений сцепления; в – эпюра нормальных напряжений; г – при арматуре периодического профиля
Е
(1.24)
Сцепление стержней периодического профиля с бетоном в 2...3 раза выше по сравнению со сцеплением гладкой горячекатаной арматуры и достигает для бетонов средних классов при статической нагрузке 7 МПа. У стержней с полированной поверхностью сцепление примерно в пять раз ниже, чем у гладких горячекатаных в состоянии поставки.
Сцепление арматуры с бетоном улучшается с повышением класса бетона по прочности на сжатие, с увеличением содержания цемента в единице объёма бетона, с уменьшением W/C. Оно зависит также от способа укладки и условий твердения бетона (например, вибрирование и влажный режим твердения улучшают сцепление). С увеличением возраста бетона τ растет, что объясняется повышением прочности цементного камня и его усадкой.
Сцепление несколько повышает растяжимость бетона, обеспечивает равномерное распределение трещин по длине элемента в случае их появления и ограничивает ширину раскрытия каждой трещины в отдельности, что повышает жесткость железобетонного элемента.