Лекция №1

План лекции

1. Общие сведения о железобетоне. Совместная работа бетона и арматуры.

2. Предварительно напряженные железобетонные элементы.

3. Железобетон качественно новый материал. История развития. Достоинства и недостатки железобетона.

1.Общие сведения

Железобетоном называют рациональное соединение различных материалов: бетона и стали.

Термин железобетон устарел. Более правильно называть сталебетон или армобетон.

Бетон хорошо сопротивляется сжатию и в 10 – 15 раз хуже работает на растяжение.

Рис. 1.

Рассмотрим бетонную балку и проведем ее испытание.

Рис.2.

При наибольшей нагрузке, когда напряжения в бетоне в растянутой зоне достигают R_bt может появиться трещина и произойдет разрушение бетонной балки.

Недостатком бетонной балки является то, что прочность бетона на сжатие полностью не используется.

Рассмотрим работу железобетонной балки.

Железобетон состоит из двух материалов: бетона и рационально расположенной арматуры.

Рис. 3.

В работе такой балки наблюдается 3 стадии работ.

Работа без трещин.

Рис. 4.

В первой стадии на растяжение работают и бетон и арматура.

1. Работа с трещинами

При дальнейшем увеличении нагрузки появляется в начале первая трещина, затем вторая, затем последующие.

После образования трещин в растянутой зоне микротрещин на растяжение работают и бетон, и арматура, в пределах трещины – арматура.

2. Стадия разрушения.

Разрушение начинается, когда достигают предела текучести.

Рис.5

Арматура течет, происходит раскрытие трещин, увеличивается прогиб и происходит разрушение.

Рис.6 М_u – разрушающий или предельный момент.

Несущая способность железобетонной балки в 10-20 раз больше бетонной балки.

Рис.7

Экономически это выгодно.

Недостаток: раннее раскрытие трещин.

Металл является дорогостоящим материалом и с целью экономии арматуры приходиться применять высокопрочную арматуру.

Это позволяет снизить расход стали.

При применении высокопрочной стали до разрушения (до использования несущей способности) происходит значительное раскрытие трещин, наблюдается большой прогиб и прочность высокопрочной стали полностью использовать не удается.

2. Предварительно напряженные железобетонные элементы .

Чтобы отодвинуть процесс образования трещин, повысить жесткость элементов применяют предварительное напряжение арматуры.

Рис. 8. Р – усилие от предварительного напряжения.

Рис. 9.

При некотором значении М_об = М (момент от нагрузки).

В дальнейшем когда М > М_об бетон в растянутой зоне начнет работать на растяжение и в дальнейшем элемент пройдет все три стадии.

Итак, предварительное напряжение отодвигает процесс образования трещин и повышает жесткость.

Предварительное напряжение не увеличивает нагрузку, но увеличивает жесткость (несущую способность).

3. Железобетон качественно новый материал. История развития . Достоинства и недостатки железобетона.

Железобетон качественно новый материал. Здесь переходит количество в качество.

Арматуру применяют не только для усиления работы бетона на растяжение, но иногда применяют и для усиления работы на сжатие.

Рис. 10

Экономически нецелесообразно применять арматуру для работы на сжатие. Сжатую арматуру ставят конструктивно или для обеспечения прочности при транспортировке или монтаже.

Например железобетонная свая (выполняется чисто из бетона он не может быть транспортирована, т.к. она б. раб. на изгиб).

Совместная работа бетона и арматуры возможна благодаря сочетанию свойств:

1. Коэффициент линейного расширения у бетона и стали примерно одинаковы: бетон 1÷1,5·10^-5, сталь 1,2·10^-5.

2. Модуль упругости арматуры и бетона отличаются в 7÷15 раз: .

3. Бетона щелочная среда не вступает в химические реакции с металлом и надежно защищает металл от механических и химических воздействий.

4. Между бетоном и арматурой имеется сцепление (склеивание), которое обеспечивает совместную работу бетона и стали на различных стадиях вплоть до разрушения.

История развития.

В 1850 г. француз Ламбо изготовил из арматурного каркаса железобетонную лодку.

Позже в 1865 – 70 гг в Германии, США были изготовлены железобетонные балки

1950 г. – Франция 100 летие железобетона.

189- 1915 – Россия – профессор Белелюбекий в институте путей сообщения проводит испытания железобетонных конструкций.

Некрасов разработал спиральное армирование для сжатых элементов.

При сжатии бетон разрушается за счет поперечных деформаций. Спиральная арматура уменьшает деформации увеличивает прочность на поперечное сжатие.

Рис. 11.

Абрамов – косвенное армирование для усилия на вертикальные нагрузки. (сетки в каменных конструкциях).

Лолейт – методика расчета железобетонных конструкций. Под его руководством был выполнен расчет монолитных конструкций перекрытий.

I. 1850 – 1917 период возникновения.

II. 1917 – 1945 довоенный период.

Институты ЦНИИСК НИИЖБ

Разработаны нормы проектирования железобетонных конструкций.

1930 г – Михайлов (Россия) Френсинц (Италия) первые опыты с предварительных напряжением.

1940 – Муращев В.И. теория расчета ЖБК по трещиностойкости и жесткости.

III 1945 – по настоящее время.

3 переиздания норм по расчету и проектированию ЖБК.

Уникальная конструкция – Останкинская телебашня (железобетон по высоте до 500 м).

Достоинства и недостатки железобетона.

Применяя железобетонные конструкции необходимо знать их достоинства и недостатки.

Достоинства.

1. Огнестойкость

При нагревании железобетон при температуре 1100 – 1200 в течении часа арматура нагревается до 500(температура немного увеличивает деформации металлический конструкций).

2. Долговечность.

3. Хорошее сопротивление атмосферным, химическим и механическим воздействиям.

Сопротивление механическим воздействиям зависит от количества арматуры. Атмосферным и химическим – от вида заполнителя и вида вяжущего.

4. Сейсмостойкость – хорошее сопротивление при землетрясениях.

Обследование железобетонных конструкций в сейсмических районах показало на хорошее сопротивление этим воздействиям. Железобетонные конструкции обладают высокой сейсмостойксотью.

Зависит от:

А. самой конструкции;

Б. подвижности основания.

5. Малые эксплуатационные расходы.

6. Малые сроки возведения.

7. Способность принимать любые геометрически целесообразные формы (зависит от опалубки).

8. Гигиеничность. Бетон – щелочная среда, в которой не развиваются микробы и паразиты.

Недостатки:

1. Большой собственный вес.

Устранение:

• применение легких бетонов;

• применение высокопрочных бетонов (тонкостенное сечение – уменьшение массы конструкции).

2. Трудность контроля уложенной арматуры.

Устранение: применение специальных приборов.

3. Большая тепло- и звукопроводность.

4. Возможность появления трещин и отслоений.

Трещина появляющаяся от силового воздействия или усадки.

Напряжения от усадки устраняют дополнительным армированием. Силовые трещины отодвигает предварительное напряжение.

Недостатки монолитного железобетона.

1. Повышенный расход материалов на опалубку и поддержания леса.

2. Трудность возведения, изготовления в зимнее время, необходимость длительной выдержки в опалубке (специальные методы прогрева).

3. Требует специального надзора.

Недостатки сборного железобетона.

1. Необходимость строительства спецзаводов с строительной индустрии.

2. Дополнительные транспортные расходы.

3. Необходимость заделки швов и стыков.

2 и 3 – укрупнение элементов.

Этапы укрупнения.

Рис. 12.

Укрупнение с целью уменьшения количества стыков, подлежащих заделке.

1. Крупноблочное строительство;

2. Крупнопанельное;

3. Соединение нескольких панелей;

4. Применение блок-комнат.