1.Сущность железобетона. Достоинства и недостатки.

Ж/б состоит из бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих, а в ряде случаев сжимающих усилий. Бетон, будучи искусственным камнем, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже (в 10-20 раз) – растяжению. Эта особенность бетона наиболее неблагоприятна для изгибаемых и растянутых элементах, широко распространенных в зданиях и сооружениях. Так, при приложении нагрузки в верхней зоне сечения балки возникает сжатие, в нижней – растяжение (рис.В.1,а). Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению. Отмеченное обстоятельство сильно сужает область применения неармированного бетона, делая его рациональным в сжатых элементах.

Армирование (усиление) растянутой зоны изгибаемых элементов материалами, обладающими значительно более высокой прочностью на растяжение, чем бетон позволяет существенно повысить их несущую способность. Таким материалом чаще всего является сталь, а конструкции, полученные на основе рационального объединения бетона и стали при условии обеспечения их совместной работы называются ж/б. Предположим, что в растянутой зоне заложена мягкая сталь (В.1,б). В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприняты арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны. Несущая способность армированной балки намного выше, чем бетонной. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0,5-0,7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250-300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышает допустимых значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, а арматура на растяжение.

В последние годы в строительстве большинства промышленно развитых стран четко обозначилась тенденция к экономии стали – наиболее дефицитного материала, в котором нуждаются те многие отрасли промышленность, где он не может быть заменен другими материалами. В связи с этим все более широкое распространение получают арматурные стали, обладающие высокой прочностью (600 МПа и выше). Экономическая выгода от их применения обусловлена не только снижением расхода металла, но и тем обстоятельством, что стоимость таких сталей растет медленнее, чем прочность. Работа балки армированной высокопрочной сталью (рис.В.1,в), принципиально не будет отличаться от работы балки, изображенной на рис. В.1,б, (при том же кол-ве арматуры), однако несущая способность ее будет значительно выше. Вместе с тем в такой балки еще до исчерпания несущей способности прогибы и ширина раскрытия трещин возрастает на столько, что становится недопустимыми по условиям эксплуатации. Это обстоятельство ограничивает применение высокопрочной арматуры в обычных ж/б конструкциях.

Исследования показали, что высокопрочную сталь можно успешно применять в предварительно напряженных конструкциях. Идея предварительного напряжения родилась около ста лет назад и заключается в том, чтобы предварительно натянуть арматуру и закрепить ее в таком состоянии, а после укладки и твердения бетона отпустить ее. При этом арматура, стремясь сократиться, обжимает бетон. Конструкции такого типа и называются предварительно напряженными

При приложении нагрузки к предварительно напряженной балке (рис. В.1,г) растягивающее напряжение в нижней зоне сечения суммируются со сжимающими сопряжениями от предварительного натяжения, и только тогда, когда последние погасятся, в нижней зоне будут возникать растягивающие напряжения. В этом случае трещины появляются при значительно более высокой нагрузке по сравнению с балкой без предварительного напряжения, в результате чего, прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин при эксплуатационных нагрузках остаются в допустимых пределах. Таким образом, в предварительно напряженных конструкциях удается эффективно использовать арматуру высокой прочности, благодаря чему этот вид ж/б в настоящее время является наиболее перспективным.

Достоинства и недостатки железобетона.

К основным преимуществам ж/б, обеспечивающим ему широкое распространение в строительстве, относятся: огнестойкость, долговечность, высокая механическая прочность, хорошая сопротивляемость сейсмическим и другим динамическим воздействиям, возможность возводить конструкции рациональной формы, малые эксплуатационные расходы (по сравнению с деревом и металлом), хорошая сопротивляемость атмосферным воздействиям, возможность использования местных материалов. Затраты энергии на производство ж/б конструкций значительно ниже, чем металлических и каменных. Недостатки ж/б: большая прочность, высокая тепло- и звукопроводность, трудоемкость переделок и усилений; необходимость выдержки до приобретения прочности, появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий. Многие из этих недостатков могут быть устранены путем применения бетона на пористых заполнителях, спец обработки (пропаривания, вакуумирования и т.д.), предварительного напряжения и т.п.