Введение

Железобетон - композитный строительный материал, представляющий собой залитую бетоном стальную арматуру. Запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений.

Термин "железобетон" абстрактен и употребляется обычно в выражении "теория железобетона". Если речь идёт о конкретном объекте, будет правильнее говорить "железобетонная конструкция", "ж/б конструкция", "железобетонный элемент".

Железобетонные конструкции и изделия, элементы зданий и сооружений, изготовляемые из железобетона, и сочетания этих элементов. Высокие технико-экономические показатели Ж. к. и и., возможность сравнительно легко придавать им требуемую форму и размеры при соблюдении заданной прочности, обусловили их широкое применение практически во всех отраслях строительства. Современные железобетонные конструкции и изделия классифицируются по нескольким признакам: по способу выполнения (монолитные, сборные, сборно-монолитные), виду бетона, применяемого для их изготовления (из тяжёлых, лёгких, ячеистых, жаростойких и др. бетонов), виду напряжённого состояния (обычные и предварительно напряжённые).

Общие сведения

Цементный бетон, как и большинство камневидных конгломератных материалов, хорошо сопротивляется сжимающим усилиям, но плохо работает на растяжение. Предел прочности бетона при растяжении примерно в 10... 18 раз ниже предела прочности при сжатии. Поэтому для восприятия растягивающих напряжений возникла необходимость введения в бетон стальной арматуры. Сочетание бетона со стальной арматурой и совместная их работа в конструкции основаны на следующем:

• сталь и бетон при изменении температуры в интервале от 0 до 80°С имеют практически одинаковые коэффициенты линейного расширения

• между бетоном и арматурой возникают значительные силы сцепления, препятствующие скольжению арматуры в бетоне, при этом стальная арматура достаточно надежно защищается бетоном от коррозии

При обычном армировании в железобетоне под действием внутренних напряжений в растянутой зоне возможно образование микротрещин вследствие малой предельной растяжимости бетона. При этом микротрещины появляются задолго до разрушения конструкции, что делает нецелесообразным применение высокопрочной арматуры. Избежать появления микротрещин при эксплуатационных нагрузках возможно путем обжатия бетона предварительным натяжением арматуры. Напряжение бетона натянутой арматурой не только ликвидирует опасность образования и раскрытия микротрещин, но и позволяет значительно экономить металл, сокращать расход составляющих материалов в бетоне, уменьшать массу конструкции, повышать долговечность и снижать стоимость строительства.

Предварительное натяжение арматуры осуществляют либо до бетонирования конструкции или изделия, либо после этого. В первом случае арматуру вначале натягивают, концы ее прочно закрепляют в бортах формы изделия, после чего приступают к бетонированию. После затвердевания уплотненной бетонной смеси арматуру освобождают от натяжного устройства. Вследствие упругости арматура стремится вернуться в прежнее ненапряженное состояние и, будучи прочно сцеплена с бетоном, обжимает его. В результате этого в железобетоне создаются взаимно уравновешивающие усилия растяжения в арматуре и сжатия в бетоне. Во втором случае арматуру располагают в каналах бетонной конструкции, ранее образованных с помощью специальных пустотообразователей, и натягивают ее после того, как бетон приобретает заданную прочность. Затем натянутую арматуру анкеруют на концах конструкции, а каналы замоноличивают цементным раствором или бетонной смесью.

Натяжение арматуры производят с помощью специальных домкратов или методом электротермического воздействия.

Таким образом, сущность предварительного напряжения бетона состоит в том, что, используя силы упругого последействия натянутой арматуры (при условии ее прочного закрепления), достигается обжатие бетона в той зоне, где эксплуатационная нагрузка может вызвать растягивающие усилия. Благодаря этому в растянутой зоне изделия должны быть вначале преодолены предварительно созданные сжимающие усилия и только лотом бетон начинает работать на растяжение. В преднапряженном бетоне не возникают растягивающие усилия или они настолько малы, что не превышают прочности бетона при растяжении.

Предварительное обжатие бетона достаточно осуществить с напряжением 50... 60 МПа при натяжении арматуры в пределах упругих деформаций до 85 ...90% от предела текучести стали.