- •1. Введение в дисциплину, общие положения
- •1.1. Краткий исторический обзор
- •1.2. Области применения железобетонных и каменных конструкций
- •1.3. Перспективы развития
- •1.4 Сущность железобетона
- •2. Условия существования железобетона
- •1.5 Достоинства и недостатки железобетонных конструкций
- •1.6 Виды железобетонных конструкций
- •2. Бетон и его свойства
- •2.2. Классификация бетонов
- •2.3. Структура бетона
- •2.4. Кубиковая и призменная прочность
- •Размеров испытываемого образца
- •2.5. Прочность бетона на осевое растяжение
- •2.6. Прочность бетона на срез и скалывание
- •2.7. Классы и марки бетона
- •3.5.6. Прочность бетона при длительном действии нагрузки
- •3.5.7. Прочность бетона при многократно повторяемых нагрузках
- •3.5.8. Динамическая прочность бетона
- •2.8. Деформативность бетона
- •Деформации бетона.
- •3.6. Деформативность бетона
- •3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой
- •При сжатии и растяжении:
- •3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки
- •Различной длительности загружения.
- •3.6.3. Деформации бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки
- •При многократном повторном загружении бетонного образца:
- •3.6.4. Предельные деформации бетона перед разрушением
- •2.9 Реологические свойства бетона
- •Начального загружения
- •Загружении бетонного образца
- •2.10 Предельные деформации бетона
- •3. Арматура как материал железобетонных конструкций
- •3.2. Виды и классы
- •3.3. Стыкование ненапрягаемой арматуры
- •3.4. Арматурные изделия
- •4.4. Применение арматуры в конструкциях
- •4.5. Арматурные сварные изделия
- •4.6. Арматурные проволочные изделия
- •4.7. Соединения арматуры
- •4.8. Неметаллическая арматура
- •3.5. Деформативность.
- •3.6. Реологические свойства арматуры
- •3.7. Нормативные и расчётные сопротивления
- •4. Свойства железобетона
- •Условия совместной работы бетона и арматуры
- •5.3. Анкеровка арматуры в бетоне
- •5.4. Защитный слой бетона в железобетонных элементах
- •5.5. Собственные напряжения в железобетоне
- •4.2. Усадка железобетона
- •4.3. Ползучесть железобетона
- •4.4. Влияние высоких температур на железобетон
- •4.5. Коррозия железобетона и меры защиты
- •5. Предварительное напряжение железобетонных конструкций
- •5.2 Расчетные подходы
- •5.3. Потери предварительного напряжения
- •5.4. Коэффициент точности натяжения
- •5.5. Усилие предварительного обжатия бетона. Напряжения в бетоне при обжатии.
- •В поперечном сечении железобетонного элемента
- •5.6 Стадии деформирования предварительно напряженного элемента при центральном растяжении
- •5.7. Стадии деформирования предварительно напряженного элемента при изгибе
- •6. Основы теории сопротивления железобетона
- •6.2. Развитие методов расчета по предельным состояниям
- •1. Метод расчета по допускаемым напряжениям
- •2. Гипотеза о предельном равновесии
- •3. Метод расчета сечений по разрушающим усилиям
- •6.3. Метод расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям
- •Нормальной эксплуатации
- •6.2.1. Две группы предельных состояний
- •6.2.2. Классификация нагрузок. Нормативные и расчетные нагрузки.
- •6.2.3. Нормативные и расчетные сопротивления бетона
- •6.2.4. Нормативные и расчетные сопротивления арматуры
- •6.2.5. Коэффициенты метода предельных состояний
- •II группа – нагрузки и воздействия.
- •III группа – сопротивление материалов.
- •7. Изгибаемые элементы
- •1. Расчет прочности нормальных сечений
- •2. Общий случай расчета нормальных сечений
- •В арматуре и высотой сжатой зоны в стадии III
- •7.2 Изгибаемые элементы. Расчет прочности по нормальным сечениям
- •1. Конструктивные особенности изгибаемых элементов
- •С балочными плитами
- •2. Расчет прямоугольных сечений с одиночной арматурой (без предварительного напряжения)
- •1 Тип расчета
- •2 Тип расчета.
- •3. Расчет прямоугольных сечений с двойной арматурой
- •1 Тип расчета
- •2 Тип расчета
- •4. Расчет тавровых сечений с одиночной арматурой
- •5. Расчет тавровых сечений с двойной арматурой
- •7.3 Изгибаемые элементы. Расчет прочности по наклонным сечениям
- •1. Основные расчетные положения
- •2. Определение положения расчетного наклонного сечения
- •3. Расчет по наклонным сечениям для случая разрушения между наклонными трещинами
- •4. Расчет по наклонным сечениям для случая разрушения от действия поперечной силы
- •От действия поперечной силы
- •5. Расчет наклонных стержней при комбинированном армировании
- •(Для объяснения установки отгибов)
- •6. Частные случаи
- •7. Расчет наклонных сечений на действие изгибающего момента
- •На действие изгибающего момента
- •8. Построение эпюры материалов
- •7.4 Изгибаемые элементы, армированные жесткой арматурой
- •8. Внецентренно-сжатые и растянутые элементы
- •При случайном эксцентриситете еа
- •8.2. Основные расчетные положения внецентренно сжатых элементов
- •8.3. Расчет внецентренно сжатых элементов с учетом продольного изгиба
- •8.4. Армирование сжатых элементов
- •2. Учет косвенного армирования
- •3. Каркасы для сжатых элементов
- •4. Расчет закладных деталей
- •8.5. Расчет кольцевых сечений
- •8.6. Центрально-растянутые элементы
- •Центрально-растянутых элементов
- •8.7. Внецентренно-растянутые элементы
- •Внецентренно растянутого элемента для случая 1
- •Внецентренно растянутого элемента для случая 2
- •9.5. Типизация сборных элементов
2.3. Структура бетона
Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. Существенным фактором является количество воды, применяемой для приготовления бетонной смеси, оцениваемое водоцементным отношением В/Ц. Для химического соединения воды с цементом необходимо, чтобы В/Ц ≈ 0,2; однако для достижения достаточной подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси В/Ц=0,5…0,6 (подвижные бетонные смеси); В/Ц=0,3…0,4 (жесткие бетонные смеси). Избыточная химически несвязанная вода образует поры и капилляры в цементом камне, а затем, испаряясь, освобождает их. Таким образом, с уменьшением В/Ц уменьшается пористость цементного камня и прочность бетона увеличивается.
Структура бетонапредставляет собой пространственную решетку из цементного камня, заполненную зернами песка и щебня различной крупности и формы, пронизанную большим числом микропор и капилляров, которые содержат химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Структура бетона грубо неоднородна и зависит от многих факторов. Она формируется в виде пространственной решетки из цементного камня, заполненной зернами крупных и мелких заполнителей и пронизанной многочисленными микропорами и капиллярами, содержащими химически не связанную воду, водяные пары и воздух.
С физической точки зрения бетон представляет собой капиллярно-пористое тело, в котором резко нарушена сплошность массы и присутствуют все три фазы: твердая, жидкая и газообразная. При этом цементный камень, скрепляющий бетон, также неоднороден и состоит из упругого кристаллического состава и вязкой массы – геля, таким образом, это наделяет бетон упруго-пластично-ползучими свойствами.Эти свойства проявляются в характере деформирования бетона под нагрузкой, во взаимодействии с температурно-влажностным режимом окружающей среды. Во времени кристаллический состав увеличивается, а гелевая часть уменьшается.
Рассмотрим диаграмму начала и конца трещинообразования бетона (рис. 2.1)
Рис. 2.1. Диаграмма начала и конца трещинообразования
начало микротрещинообразования;
конец микротрещинообразования.
Фактически конец микротрещинообразования является пределом длительной прочности бетона, т.е.
(2.1)
где предел длительной прочности бетона
При достижении предела длительной прочности бетона количество трещин достигает максимального значения (насыщение).
предел кратковременной прочности бетона (диапазон уплотнения бетона)
(2.2)
где – коэффициент упругопластичности;
–упругие деформации;
–неупругие (пластические) деформации;
–полные деформации
Если любым способом обеспечивать постоянство деформаций (т.е. обеспечивать условие =const), то на диаграмме будет ниспадающая ветвь.
Вокруг пор и пустот при одноосном сжатии образуются по продольным площадкам растягивающие структурные напряжения, уравновешенные сжимающими напряжениями. Вследствие частого и хаотического расположения пустот происходит взаимное наложение растягивающих напряжений, а это приводит к появлению и развитию микротрещин задолго до его разрушения (рис. 2.2).
а) б)
Рис. 2.2. Схема образования трещин
а) – концентрация напряжений у микро- и макропор;
б) – разрыв бетона в поперечном направлении
Отсутствие закономерности в расположении заполнителей в затвердевшем бетоне, размере пор приводит к разбросу показателей прочности, что приводит к большому числу лабораторных и натурных экспериментов.
На прочность бетона большое влияние оказывает скорость нагружения образцов (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Диаграмма скоростей нагружения
При замедленном нагружении образцов прочность бетона на 10 ÷15% меньше, чем при кратковременном нагружении. При быстром нагружении прочность бетона возрастает до 20% по сравнению с кратковременным нагружением.
Бетон имеет разную прочность при разных силовых воздействиях: сжатии, растяжении, изгибе, срезе. Различают несколько характеристик прочности бетона: кубиковую и призменную прочность; прочность при срезе и скалывании; прочность при длительном, кратковременном и динамическом воздействии нагрузок, при многократных повторных нагрузках.