- •И.В. Молев основы железобетонных конструкций
- •1.1. Определение и сущность железобетона
- •1.2. Достоинства и недостатки железобетона.
- •1.3. Виды железобетонных конструкций и область их применения железобетона.
- •1.4. Краткие исторические сведения о возникновении и развитии железобетона.
- •Виды бетона и предъявляемые к нему требования
- •2. Структура (строение) бетона
- •3. Усадка бетона и начальные напряжения
- •4. Прочность бетона
- •1.5. Классы и марки бетона
- •6. Деформативность бетона
- •7. Модуль деформаций бетона
- •Арматура для железобетонных конструкций
- •1. Назначение арматуры и требования к ней
- •2. Виды арматуры
- •3. Физико-механические свойства арматурных сталей
- •4. Классификация арматуры по основным характеристикам. Сортамент арматуры
- •5. Сварные арматурные изделия
- •6. Соединения арматуры
- •Основные свойства железобетона
- •1. Общие сведения
- •2. Содержание арматуры
- •3. Значение трещиностойкости
- •4. Сцепление арматуры с бетоном
- •5. Анкеровка арматуры в бетоне
- •6. Усадка бетона при наличии арматуры
- •7. Ползучесть бетона при наличии арматуры
- •8. Коррозия железобетона и меры защиты от неё
- •9. Защитный слой бетона и минимальные расстояния между стержнями
- •1. Методы расчёта железобетонных конструкций
- •2. Сущность метода расчета конструкций по предельным состояниям
- •3. Две группы предельных состояний
- •4. Расчётные факторы
- •5. Классификация нагрузок. Нормативные и расчётные нагрузки
- •6. Степень ответственности зданий и сооружений
- •7. Нормативные и расчётные сопротивления бетона
- •8. Нормативные и расчётные сопротивления арматуры
- •9. Структура расчётных формул
- •1. Три стадии напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов
- •2. Классификация изгибаемых элементов
- •3. Основы конструирования изгибаемых элементов
- •2.2. Плиты
- •Расчет изгибаемых элементов на почность по сечениям нормальным к продольной оси элемента
- •1. Предпосылки расчёта на прочность по нормальным сечениям
- •2. Расчёт изгибаемых элементов прямоугольного сечения с одиночной арматурой
- •3. Понятие о минимальном проценте армирования
- •4. Типы задач по расчёту изгибаемых элементов прямоугольного сечения
- •Расчет изгибаемых элементов таврового сечения с одиночной арматурой
- •1. Общие сведения
- •2) Расчёт прочности изгибаемых элементов таврового сечения по I случаю расчёта
- •3) Расчёт прочности изгибаемых элементов таврового сечения по II случаю расчёта
- •Расчет изгибаемых элементов на почность по сечениям наклонным к продольной оси элемента
- •1. Общие положения
- •1). Разрушение от действия изгибающего момента .
- •2). Разрушение от действия поперечной силы.
- •3). Разрушение бетонной полосы между наклонными трещинами.
- •2. Расчёт изгибаемых элементов по сжатой бетонной полосе между наклонными сечениями
- •3. Расчёт изгибаемых элементов по наклонным сечениям на действие поперечных сил (расчёт поперечной арматуры)
- •4. Расчёт изгибаемых элементов по наклонным
- •5. Конструктивные требования к постановке поперечной арматуры
- •2. Основы конструирования сжатых элементов
- •3. Расчёт элементов сжатых со случайным эксцентриситетом в форме центрального сжатия
- •Расчет внецентренно сжатых элементов
- •1. О характере работы и разрушения внецентренно сжатых элементов
- •Учёт влияния прогиба элемента
- •3. Расчёт сжатых элементов прямоугольного сечения в случае больших эксцентриситетов
- •4. Расчёт сжатых элементов прямоугольного сечения в случае малых эксцентриситетов
- •1. Общие сведения и конструктивные особенности
- •2. Расчёт прочности центрально растянутых элементов
- •3. Расчёт прочности элементов прямоугольного сечения, внецентренно растянутых в плоскости симметрии
4. Прочность бетона
Прочность бетона определяется его сопротивлением различным силовым воздействиям — сжатию, растяжению, изгибу, срезу. Один и тот же бетон имеет разное временное сопротивление при различных силовых воздействиях. Исследования показали, что теории прочности, предложенные для других материалов, к бетону не применимы. Поэтому количественная оценка прочности бетона в настоящее время основывается на осреднённых опытных данных, которые принимаются в качестве исходных при проектировании любых бетонных и железобетонных конструкций.
Отсутствие закономерности в расположении отдельных частиц, составляющих бетон, приводит к тому, что при испытании образцов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают различные показатели временного сопротивления — разброс прочности. Кроме того, необходимо помнить, что механические свойства цементного камня и заполнителей существенно отличаются друг от друга; к тому же структура бетона изобилует дефектами, которыми, помимо пор, являются пустоты около зёрен заполнителя, возникающие при твердении бетона.
Прочность бетона на осевое сжатие считается основной его характеристикой, так как наиболее ценным качеством бетона является его высокая прочность на сжатие. Она в лабораторных условиях может определяться на образцах в форме кубов, призм или цилиндров. У нас в стране для оценки прочности бетона при сжатии используют преимущественно кубы.
Так как бетон представляет собой неоднородный искусственный каменный материал, то для получения достоверных сведений об его прочности в соответствии с действующими стандартами испытывают партию образцов и определяют (средний предел прочности на осевое сжатие бетонных кубов с ребром 150 мм) и (средний предел прочности на осевое сжатие эталонных бетонных образцов призм).
Кубиковая прочность. При осевом сжатии кубы (как и другие сжатые образцы) разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Наклон трещин обусловлен влиянием сил трения, которые развиваются на контактных поверхностях между подушками пресса и опорными Гранями куба (рис. 2.2а). Силы трения, направленные внутрь, препятствуют свободным поперечным деформациям бетона вблизи опорных поверхностей и тем самым повышают его прочность на сжатие (создаётся эффект обоймы). Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцевых граней куба уменьшается, поэтому после разрушения куб приобретает форму четырех усеченных пирамид, сомкнутых малыми основаниями. Если при осевом сжатии куба удаётся устранить или значительно уменьшить (с помощью смазки контактных поверхностей, например, парафином или картонных прокладок) влияние сил опорного трения, то характер его разрушения и прочность изменяются (рис. 2.2б).
Рисунок 2.2 – Характер разрушения бетонных кубов: а — при наличии трения по опорным плоскостям; б — при отсутствии трения; 1 — силы трения; 2 — трещины; 3 — смазка.
В этом случае поперечные деформации проявляются свободно и трещины разрыва становятся вертикальными, параллельными действию сжимающей силы, а временное сопротивление бетона сжатию существенно уменьшается. Согласно стандарту кубы испытывают без смазки контактных поверхностей и при отсутствии прикладок.
Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размеров куба. За стандартные (эталонные) лабораторные образцы принимают кубы с ребром 150 мм. При испытаниях кубов иных размеров результаты их испытаний с помощью поправочных коэффициентов приводят к результатам испытаний эталонных кубов.
Призменная прочность. Реальные железобетонные конструкции по своей форме и размерам существенно отличаются от лабораторных кубов. В них чаще всего один размер превышает два других (например, пролёт — ширину и высоту изгибаемого элемента; высота сжатого элемента — размеры его поперечного сечения).
В связи с тем, что при испытаниях бетона при переходе от образца в форме куба к образцу в форме призмы (при одинаковой площади их сечения) временное сопротивление сжатию при увеличении h уменьшается (рис. 1.3), кубиковая прочность не может быть непосредственно использована в расчётах прочности элементов конструкций, а служит только для контроля качества бетона в производственных условиях.
Уменьшение временного сопротивления бетона сжатию при переходе; от образцов в форме куба к образцам в форме призмы объясняется тем, что при увеличении отношения h/a постепенно ослабевает влияние сил трения, возникающих между торцами образца и плитами пресса, на напряжённое состояние образца в его средней по высоте части, а для призм с h/a ≥ 4 это влияние практически полностью исключено.
Принято определять призменную прочность бетона , основную и наиболее стабильную характеристику прочности бетона на сжатие, используемую в расчётах на прочность сжатых и изгибаемых элементов, на эталонных призмах с размерами 150 150 600 мм (h/ a = 4).
Рисунок 2.3 – График зависимости призменной прочности бетона от отношения размеров испытываемого образца
Опытами установлено, что при 4 ≤ h/a < 8 ≈ 0,75 . Влияние гибкости призм при этом ощутимо не сказывается. Влияние гибкости в значительной мере начинает ощущаться при h/a≥8.
Прочность бетона на осевое растяжение зависит от сопротивления цементного камня растяжению и прочности его сцепления с зёрнами заполнителя. Согласно опытным данным:
где — средний предел бетона на осевое растяжение.
Причём относительная прочность бетона при осевом растяжении kt уменьшается с повышением прочности бетона на сжатие. Причинами низкой прочности бетона на растяжение являются неоднородность его структуры, наличие начальных напряжений, слабое сцепление цементного камня с крупным заполнителем. Некоторое повышение (примерно на 15...20%) может быть достигнуто увеличением расхода цемента на единицу объёма бетона, уменьшением W/C, применением вместо гравия щебня с шероховатой поверхностью, промывкой заполнителя.
Имеется несколько лабораторных методик определения . Однако при этих испытаниях наблюдается ещё больший разброс показателей прочности по сравнению с испытаниями бетона на осевое сжатие, так как образцы трудно центрировать. Поэтому, если известна прочность бетона при сжатии, иногда определяют теоретически, например, по формуле:
Кроме этого учитываются при необходимости:
- прочность бетона при длительном действии нагрузои;
- динамическая прочность бетона;
- прочность бетона при многократно повторяющихся нагрузках.