Lektsii_-_osnovy_zh_b_konstruktsy

12

винтовых линий и двумя продольными ребрами, горячекатаная классов А400 (А-III,

А400С), А500 (А500С), А600 (А600С), А800 (А800К) с периодическим профилем в форме

«елочки» и также с двумя продольными ребрами. Чем выше цифры в обозначении класса арматуры, тем выше ее прочность. В настоящее время налажено производство арматур-

ных сталей, обозначаемых индексом «С» с расчетными сопротивлениями от 3900 кг/см2 и

выше. Эти стали выгодно отличаются от других тем, что допускают применение дуговой электросварки на крестообразных пересечениях арматурных стержней. Арматурные стержни периодического профиля в сортаменте различают по приведенному диаметру, т.е.

по диаметру равновеликому по площади поперечного сечения гладкого стержня. Прово-

лочная арматурная сталь подразделяется: на гладкую холоднотянутую, обыкновенную класса 240 (по старой классификации В-I), диаметром до 8 мм, проволоку периодического профиля класса В500, B500C (Bp-I) такого же диаметра, высокопрочную, холоднотяну-

тую, гладкую и периодического профиля класса В600 (Вр-II), которую иногда называют холоднодавленной арматурой. Канатная арматура представлена семипроволочными кана-

тами класса К-7 и девятнадцатипроволочными канатами класса К-19.

Механические характеристики арматурных сталей определяются испытанием стан-

дартных образцов на растяжение, подобно тому, как испытываются образцы конструкци-

онных сталей. На основании этих испытаний строится диаграмма зависимости σs – εs, (рис. 2.3). По виду этой зависимости арматурные стали делятся на мягкие, имеющие явно выраженную площадку текучести и твердые или упрочненные, без физической площадки текучести. В последнем случае, по аналогии со сталями для металлических конструкций,

за предел текучести принимается напряжение σ0,2 при котором остаточная относительная деформация εs = 0,2%. Из диаграмм также следует, что арматурные стали имеют высокий предел упругости, за который принимается напряжение σ0,02, при котором остаточные относительные удлинения составляют εs = 0,02%. Прямолинейный участок диаграммы растяжения определяет модуль упругости арматурной стали, который колеблется между величинами от 1800000 до 2100000 кгс/см2. Если более внимательно посмотреть на диа-

грамму растяжения мягкой стали, то можно заметить, что временное сопротивление σu

значительно больше предела текучести (для арматуры класса А400 σy = 4000, а σu = 6000)

и это привело к мысли о возможности повышения прочности арматурной стали. Дело в том, что арматурная сталь подвержена явлению наклепа. Это явление заключается в сле-

дующем. Если довести напряжение в стали до величины большей предела текучести, на-

пример, до напряжения σк, а затем снять нагрузку, то деформации не вернутся в начало

13

координат, а если затем снова нагрузить образец, то деформирование до напряжения σк

будет происходить линейно и сталь в дальнейшем будет деформироваться как твердая. На этом явлении и основан способ упрочнения стали. Арматурные стержни предварительно вытягивают, тем или иным способом, таким образом, придавая им большую прочность.

Рис. 2.3. Диаграммы деформирования различных видов арматурной стали:

а – мягкой ; б – твердой (при отсутствии площадки текучести)

Выбор арматурной стали для той или иной конструкции зависит от ее типа, наличия или отсутствия предварительного напряжения, условий изготовления конструкции и ре-

жима ее эксплуатации. Армирование ненапряженных железобетонных конструкций вы-

полняют в виде отдельных стержней, сварных или вязаных каркасов и сварных или вяза-

ных сеток. Сварные каркасы и сетки изготавливают с помощью соединения арматурных стержней между собой в местах их пересечения контактной сваркой или вязкой с помо-

щью проволоки. На заводах контактная сварка механизирована и производится в арматур-

ных цехах, а на строительной площадке выполняется с помощью сварочных клещей. Не-

обходимо отметить, что контактная сварка не снижает прочности рабочей арматуры, если к ней не предъявляют особых требований, тогда как дуговая сварка для этой операции за-

прещена для всех видов арматуры кроме упомянутых классов А400С, А500С и А600С.

Вязаные каркасы и сетки изготавливают на строительных площадках с помощью мягкой

(отожженой) проволоки диаметром 0,8 мм. Сетки обычно применяются для армирования плитных конструкций или пологих оболочек, а плоские и пространственные каркасы для армирования линейных элементов железобетонных конструкций. Типичный плоский кар-

кас представлен на рис.2.4. В сварных каркасах горизонтальные стержни рабочей армату-

14

ры могут по вертикали располагаться в несколько рядов с определенным зазором или в два ряда вплотную друг к другу. По горизонтали стержни могут располагаться как с од-

ной, так и с двух сторон от вертикального поперечного стержня. Сварные сетки бывают

Рис.2.4. Плоские сварные каркасы:

а–д – для армирования балок; е – для армирования колонн

плоские и рулонные. Плоские сетки изготавливают из стержневой арматуры любого диа-

метра, либо из проволочной арматуры диаметром 3 – 5 мм. В этих сетках различают три типа в зависимости от расположения рабочей арматуры: с поперечной рабочей армату-

рой, с продольной и с рабочей арматурой в двух направлениях. Длина плоских сеток огра-

ничена длиной поставляемой стержневой арматуры (12 м). Рулонные сетки изготавливают из проволочной арматуры с максимальным диаметром продольных стержней 5 мм и их длина определяется предельным весом рулона (от 250 до 500 кг). Вязаные каркасы и сетки применяются в тех случаях, когда невозможно применение контактной или дуговой свар-

ки, или в конструкциях, подверженных действию динамических нагрузок, или эксплуати-

о

рующихся при температурах ниже -30 С. Для армирования предварительно напряжен-

ных железобетонных конструкций применяют, при их длине не более 12 м, упрочненную стержневую арматуру классов А600 - А800 (Ат-IV ÷ Ат-VI по классификации СНиП

2.03.01-84*), а при большей длине - проволочную арматуру классов В600 (Вр-II) и канаты классов К-7 и К-19.

При изготовлении арматурных каркасов и сеток возникает необходимость стыковки стержней. Такая необходимость связана, прежде всего, с целями экономии арматурной стали. Чаще всего стыки арматурных стержней осуществляются на сварке. Стыки могут быть заводскими, выполняемыми на заводах или монтажными, выполняемыми на строи-

тельной площадке. Основное требование к любому стыку состоит в том, чтобы прочность самого стыка была не меньше прочности стыкуемого арматурного стержня. Это требова-

15

ние обеспечивается конструкцией и технологией устройства стыков. Основные типы сварных стыков арматуры видны на рис. 2.5. Заводские стыки по длине стержней чаще всего осуществляются контактной стыковой сваркой. При этом способе концы стыкуемых стержней соприкасаются и под действием электрического тока разогреваются. По дости-

жении металлом нужной температуры стержни сдавливаются и в зоне стыка металл

Рис.2.5. Сварные соединения арматуры:

а,б – крестообразное при контактной точечной сварке; в – контактное стыковое; г - стыковое на ванной сварке: д – впритык: е – стыковое с накладными стержнями;

ж,з - нахлесточное

сплавляется, образуя небольшой буртик. При отсутствии специального оборудования на строительной площадке применяют стыкование в виде ванной сварки или с помощью ду-

говой сварки устраивают стыки с накладками или внахлест. При этом сварка может быть как односторонней, так и двухсторонней. Стык в тавр применяется для изготовления за-

кладных деталей, при этом арматурные стержни должны быть диаметром не менее 8 мм, а

толщина металлической пластины не менее 0,75 диаметра стержня.

При проектировании железобетонных конструкций необходимо обеспечить совме-

стную работу бетона и арматуры, особенно в местах обрыва стержней. Это достигается хорошим сцеплением бетона с арматурой, особенно периодического профиля, и меро-

приятиями по анкеровке арматурных стержней. Чтобы понять, что такое анкеровка, про-

18

Возвращаясь теперь к проблеме стыков арматурных стержней отметим, что их можно устраивать простым перепуском, внахлест, важно только, чтобы длина этого перепуска была не меньше чем ℓan. Отметим здесь явную неэкономичность такого решения. Обычно внахлест устраивают и стыки сварных сеток и каркасов с односторонним расположением арматуры относительно поперечных стержней (рис.2.7). Длину перепуска принимают в зависимости от направления рабочей арматуры, ее класса и диаметра стержней. В рабочем направлении длина перепуска не должна быть меньше чем ℓan. Другие ограничения по-

нятны из рисунка.

В железобетонных конструкциях арматура удалена от граней элементов на величи-

ну защитного слоя. Защитный слой обеспечивает защиту арматуры от коррозии, совмест-

ность деформирования бетона и арматуры, достаточное сцепление арматуры с бетоном , а

также защиту арматуры от действия высоких температур. Для продольной рабочей арма-

туры толщина защитного слоя должна быть не меньше диаметра стержня или каната и быть не менее: в плитах и стенках толщиной до 100 мм – 10 мм; толщиной свыше 100 мм,

а также в балках и ребрах высотой менее 250 мм – 15 мм; в балках и ребрах высотой

250 мм и более и в колоннах – 20 мм; в фундаментных балках и блоках сборных фунда-

ментов – 30 мм; для нижней арматуры монолитных фундаментов при наличии бетонной подготовки не менее 35 мм, при отсутствии подготовки не менее 70мм.

19

Лекция 3

Расчет прочности изгибаемых элементов по нормальным сечениям

Наиболее распространенными железобетонными изгибаемыми элементами являют-

ся балки и плиты различного вида. В общем случае они рассчитываются по 1-ой группе предельных состояний на прочность и по 2-ой группе - на пригодность к нормаль-

ной эксплуатации, т.е. на отсутствие чрезмерных перемещений и на ограниченную ширину раскрытия трещин. Прежде чем перейти к рассмотрению методов их расчета,

необходимо определить предмет расчета, т.е. те сечения в изгибаемых элементах, проч-

ность которых определяет прочность всей конструкции и обеспечивает ей необходимую безопасность. Рассмотрим железобетонную балку на двух опорах, нагруженную симмет-

рично двумя, одинаковыми по величине, сосредоточенными силами (рис.3.1). Известно,

что между точками приложения сил такая балка испытывает состояние чистого изгиба

(поперечная сила равна нулю), а на участках между опорами и точками приложения сил действует изгибающий момент и поперечная сила постоянной величины. Представим се-

бе возможные схемы разрушения балки на первом и вторых участках. В середине балки при увеличении нагрузки в нижней зоне будет преодолена

Рис.3.1. Напряженное состояние и схемы разрушения железобетонной балки:

а – эпюра изгибающих моментов и поперечных сил; б – траектории главных растягивающих напряжений и схема образования трещин; в – схема возможного разрушения балки; г – сечение с одиночной арматурой; д – сечение с двойным армированием;

1 – продольная арматура; 2 – отгибы; 3 – хомуты; 4 – монтажная арматура

20

прочность бетона на растяжение, образуется трещина по нормали к продольной оси балки,

затем в работу по восприятию момента вступит арматура, а при дальнейшем увеличении нагрузки произойдет разрыв арматуры и балка разрушится. Из этого следует, что необхо-

димо проверять прочность железобетонной балки по нормальному сечению на дейст-

вие изгибающего момента. На участках между опорами и точками приложения сил, бла-

годаря действию поперечной силы при увеличении нагрузки будут образовываться косые трещины, и разрушение балки может произойти по этой наклонной трещине. Следова-

тельно, при действии поперечных сил требуется проверка прочности железобетонного изгибаемого элемента по наклонному сечению.

Рассмотрим сначала метод расчета прочности изгибаемых железобетонных эле-

ментов по нормальным сечениям. Ранее уже отмечалось, что напряженное состояние балки в нормальном сечении при увеличении нагрузки проходит через несколько харак-

терных стадий (рис.3.2).

На первой стадии, напряжения в бетоне невелики и деформации бетона носят уп-

ругий характер. Зависимость между деформациями и напряжениями выражается практи-

чески прямой линией и эпюры напряжений в сжатой и растянутой зонах можно считать треугольными. При дальнейшем увеличении нагрузки эпюра напряжений в растянутой зоне приобретает криволинейный характер и напряжения приближаются к напряжениям образования трещин.

Рис.3.2. Стадии напряжено деформированного состояния сечения железобетонной балки при изгибе

На второй стадии происходит появление и раскрытие трещины в растянутой зоне бетона. Вследствие появления трещины, растягивающие напряжения начинает восприни-

мать арматура. Напряжения в бетоне сжатой зоны не превышают временного сопротивле-

ния бетона сжатию. При дальнейшем увеличении нагрузки в сжатом бетоне возникают неупругие деформации, и эпюра сжимающих напряжений приобретает криволинейный характер. Конец второй стадии характеризуется появлением неупругих деформаций в ар-

матуре.