2. Условия существования железобетона
Обеспечение совместных деформаций бетона и арматуры
Способ обеспечения совместности при этом не имеет значения – нагрузка прикладывается на бетон. Необходимо обеспечить передачу возникающих от нагрузки усилий с бетона растянутой зоны на арматуру.
В принципе возможны два технологических приема передачи:
за счет сцепления арматуры и бетона вдоль всей конструкции (рис. 1.6, а)
за счет анкеров, устраиваемых по торцам балки (рис. 1.6, б)
а)
б)
Рис. 1.6. Технологические приемы передачи усилий с бетона на арматуру
а) – передача внешней нагрузки за счет сцепления арматуры с бетоном;
б) – анкеровка арматуры путем устройства на концах специальных анкеров
Для случая сцепления арматуры и бетона до образования трещин в любом сечении действует условие (1.1):
(1.1)
При отсутствии сил сцепления образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры, таким образом, происходит резкое раскрытие образовавшейся трещины, уменьшение высоты сжатой зоны, уменьшение жесткости при изгибе EI.
Таким образом, исключается сдвиг (продергивание) арматуры в бетоне.
Для случая передачи внешней нагрузки за счет анкеров действует условие (1.2):
(1.2)
Примерное равенство коэффициентов температурного расширения
(1.3)
;
Материалы с разными коэффициентами температурного расширения независимо от надежного сцепления между ними работают в усложненных условиях, т.к. при перепадах температур возникают собственные напряжения, влияющие на сцепление между материалами.
Наличие защиты арматуры от воздействий окружающей среды
В железобетонных конструкциях арматура должна быть защищена от коррозии, а также от быстрого нагревания при действии высоких температур. С этой целью арматуру располагают в удалении от наружной поверхности конструкции – на толщину защитного слоя бетона (рис. 1.7). Защитный слой необходим также для лучшего сцепления арматуры с бетоном.
Толщина защитного слоя для арматуры должна быть:
(1.4)
Рис. 1.7. Защитный слой бетона
1.5 Достоинства и недостатки железобетонных конструкций
К достоинствам железобетонных конструкций относятся:
высокая прочность:
большая долговечность 1. при правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно длительное время без уменьшения несущей способности, т.к. прочность бетона с течением времени увеличивается, а арматура защищена от коррозии).;
высокая степень огнестойкости (выдерживает до 2 часов при снижении несущей способности на 10-20 %). При пожарах средней интенсивности продолжительностью до нескольких часов железобетонные конструкции начинают повреждение с поверхности, и уменьшение несущей способности происходит постепенно;
стойкость против атмосферных воздействий;
малые эксплуатационные расходы на содержание;
гигиеничность;
экономичность ввиду повсеместной доступности сырья.
Эстетичность, архитектурная выразительность
Недостатки железобетонных конструкций.
За счет сцепления с арматурой бетон работает под нагрузкой совместно с арматурой. Предельная растяжимость бетона в тысячу раз меньше предельной растяжимости стальной арматуры, поэтому при совместном растяжении цельность бетона сохраняется только в начальный период эксплуатации. Напряжения в арматуре в период образования трещин всегда незначительны по сравнению с предельной прочностью арматуры.
С увеличением внешней нагрузки в изгибаемых балках происходит развитие по высоте сечения балки трещин, резко уменьшается высота сжатой зоны, снижается жесткость балки, что приводит к возрастанию прогиба.
С учетом вышеизложенного к недостаткам железобетонных конструкций без предварительного напряжения относятся:
низкая трещиностойкость вследствие слабого включения в работу арматуры в период образования трещин, быстрое их раскрытие и быстрый рост прогибов;
нерациональность использования в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения высокопрочной арматуры;
невыгодность использования бетонов повышенной и высокой прочности, поэтому железобетонные конструкции без предварительного напряжения обладают большой массой, что ограничивает величину перекрываемых пролетов;
большая трудоемкость при изготовлении;
большая звуко- и теплопроводность.
Большой вес.
При проектировании недостатки стараются уменьшить. Раскрытие трещин при действии эксплуатационных нагрузок во многих конструкциях невелико и не мешает нормальной эксплуатации. На практике (особенно при применении высокопрочной арматуры) возникает необходимость предотвращать образование трещин или ограничивать ширину их раскрытия, тогда бетон до приложения внешней нагрузки подвергают интенсивному обжатию посредством натяжении арматуры (т.е. предварительного натяжения). Это повышает жесткость и трещиностойкость железобетонных конструкций.
Вес же снижают применением тонкостенных, пустотных конструкций, а также конструкций на пористых и лёгких заполнителях.