Определение курса. Его цели и задачи.

Цель преподавания дисциплины – формирование знаний студентов ПГС, позволяющих принимать оптимальные решения в практической работе в области проектирования, изготовления и возведения кон-ций зданий и сооружений.

Задачи:

- изучение физико-механических характеристик ЖБК и К

- усвоение прогрессивных методов расчета

изучение нормативной обязательной и рекомендуемой литературы

- на основании знаний производить экономическую оценку и обоснование принимаемых конструкций.

Исторические сведения о возникновении и развитии ЖБ

1850-Фр. Ламбо изготовил из стержней квадратного сечения каркас лодки и обмазал ц.п. расвором (4-5см).

1854-Анг. Уилкинсон и Фр. Куанье применили ЖБК при постройке жилых зданий.

1867-Фр. Монье получил патент на изготовление цветочных кадок из железа и ц.п. раствора.

1879-ЖБ применен при постройке зданий артиллеристского городка в Батуми.

1885-инженеры Вайс и Баушингер провели первые опыты по определению прочности и огнестойкости ЖБК. Ученый Кенен высказал предположение, что сталь нужно располагать в тех частях сечения, где наблюдаются растягивающие усилия. Он предложил 1-й метод расчета плит.

1886-1991 – наибольшее применение в СССР. Белелюбский провел серию испытаний ЖБК и получил результаты во много раз превосходящие результаты зарубежных ученых.

191(9)1-появление 1-го нормативного док-та в России для ЖБИ.

Конец 19в можно считать этапом развития ЖБ, который повсеместно вошел в практику и появление первых методов расчета, которые основывались на законах сопромата.

1925-1932-Келдыш, Люлейт, Гвоздев, Пастернак, Михайлов на базе экспериментальных работ обобщили методы расчета стержневых систем, которые позволили построить и запроектировать много уникальных зданий.

1936-впервые был применен преднапряженный б-н в стр-ве. Тогда же появились и тонкостенные пространственные кон-ции, поэтому этот период можно считать вторым этапом развития.

Индустриализация стр-ва, развитие преднапряженного ЖБК, создание и применение высокопрочных материалов, разработка новых методов расчета – можно считать третьим этапом развития ЖБК.

1965- останкинская башня (250м).

Ученые которые внесли большой вклад в развитие и создание ЖБК (Байков, Голышев, Бондаренко, …).

В настоящее время в области ЖБ создается нормативная база на основе гармонизации с международными стандартами. При создании зданий общественного назначения все большее применение находит монолитный ЖБ и сборномонолитные кон-ции зданий возводимые с использованием высокопрочных строительных материалов.

Сущность ЖБ.

ЖБ-ном наз. комплексный строй материал в котором сочетается и совместно работает 2 различных по своим физмех св-вам материала (бетон и сталь).

Особенности ЖБК можно проследить на примере работы б-нных и ЖБ-ных балок.

_сс<<f_cm

_сс –напряжение в сжатой зоне б-на

f_cm –средняя прочность б-на на сжатие

Бетон имеет значительно меньшую прочность на растяжение, чем на сжатие, поэтому несущая способность б-ной балки определяется моментом, когда значение растягивающих напряжений в нижней зоне достигает предела прочности б-на на растяжение, при этом прочность сжатой зоны используется лишь на 10-15%. Разрушение такой балки наступает с появлением 1-й трещины в растянутой зоне и происходит мгновенно.

_сс=f_cm

Аsi*fsy

_сс=f_cm (Аpi*fpy)

Несущую способность балки можно значительно повысить за счет увеличения прочности растянутой зоны, путем введения в неё хорошо работающей на растяжение стали. С появлением первых трещин в бетоне растянутой зоны разрушение не происходит, т.к растягивающее напряжение воспринимают стальные стержни.

Разрушение произойдет когда растягивающее напряжение в ар-ре достигнет предела текучести или когда сжимающее напряжение в верхней зоне достигнет предела прочности б-на на растяжение. Прочность Жб бакли в 10 раз выше Б-ной.

_сс – напряжение в сжатой зоне сечения

f_cm – средняя прочность б-на на сжатие

Аs(р)у – площадь ненапрягаемой (напрягаемой) арматуры

Fs(р)у– прочность не-//-(напрягаемых) арматурных стержней.

Характерной особенностью работы ЖБК при эксплуатационных нагрузках явл наличие трещин в растянутой зоне б-на. Однако во многих кон-циях трещины не допускаются или значительно ограничивается ширина их раскрытия. Увеличения воспринимаемой нагрузки к моменту появления трещин в растянутой зоне, (а также применение высокопрочных сталей) можно достигнуть путем предварительного искуственного натяжения ар-ры и обжатия б-на растянутой зоны, такая балка наз предварительно напряженной. Внешние нагрузки прикладываемые к балке вначале гасятся предварительным обжатием бетона в нижней зоне, а затем вызывают в ней растягивающие напряжения, как в обычной балке. ТО предв напр отдаляет момент образования трещин, а в случае их появления ограничивает ширину их раскрытия, уменьшает величину прогибов, практически не влияя на несущую способность.

Сущность ЖБ-на заключается в использовании для восприятия сжимающих напряжений, возникающих в кон-ции от внешних нагрузок, хорошо работающего на сжатие б-на, а для восприятия растягивающих напряжений – сталь.

Факторы обеспечивающие совместную работу б-на и ар-ры.

ЖБ может воспринимать нагрузки при условии совместной работы б-на и ар-ры, которая обеспечивается следующими основными факторами:

1. наличие сцепления по поверхности контакта б-на с ар-ными стержнями за счет склеивания, трения и мех защемления.

2. б-н и сталь обладают примерно одинаковыми коэф-тами линейного расширения (б-н -12*10⁶ сталь-7-15*10⁶), что не приводит к нарушению сцепления при изменении т-ры(-20;50)

3. б-н надежно защищает заключенную в нем ар-ру от агрессивного воздействия окр среды.

Преимущества и недостатки ЖБ.

Преимущества: высокое сопротивление статическим и динамическим нагрузкам; долговечность; огнестойкость; сейсмостойкость; использование местного сырья; незначительные расходы на ремонт и содержание;возможность работы в условиях спец воздействия окр среды.

Недостатки: значительная масса; звуко и теплопроводность; высокая энергоемкость, стоимость лесов и опалубки; удорожание и усложнение б-ных работ в зимнее время; необходимость для монолитного б-на длительной выдержки при естественном твердении; затруднение проверки армирования после твердения б-на (методы неразрушающего контроля, приборы ИЗС); раннее появление трещин ведет к коррозии ар-ры.

Способы изготовления и возведения ЖБК.

В зависимости от особенностей зданий и соо-ний, а также условий строит-ва ЖБК могут быть монолитными, сборными и сборномонолитными.

Монолитные изготавливают в рабочем положении непосредственно на месте возведения сооружения. Применяют спец опалубку внутренняя поверхность которой повторяет контуры б-ной кон-ции, устанавливают в нее необходимую ар-ру, производят укладку бетонной смеси и тщательно ее уплотняют. Снимают опалубку после достижения б-ном заданной прочности.

Достоинства монолита:

Кон-ции можно придать любую форму. Они х-ются высокой жесткостью, отсутствием стыковых соединений.

Недостатки:

Удорожание при зимнем производстве работ, уст-во сложных опалубочных с-м с невысокой их оборачиваемостью, увеличение по сравнению со сборными кон-циями расхода ар-рной стали и б-на, т.к сложно применить преднапряжение

Для приготовления мон кон-ций перспективным явл применение напрягающего б-на.

Сборные кон-ции. Изготавливают на спец заводах. На стройплощадке ведется укрупнительная сборка. Массовое производство сборного ЖБ 1930г.

Достоинства:

-механизация и автоматизация процессов изготовления

-снижение затрат на оснастку и раб об-вание

-изготовление предварительно напряженных кон-ций

-применяют технологию безопалубочного формования.

При заводском способе изготовления возможно применение различных хим добавок => сократить термообработку и в перспективе перейти на литьевые технологии.

Недостаток сборных ЖБК:

-создание спец заводов

-повышение транспортных и монтажных расходов

-металлоемкости стыковых соединений

-установка доп связей для создания неразрезности к-ции.

Сборномонолитные к-ции представляют собой эк-ки обоснованное сочетание сборных ЖБК и монолитного б-на со спецармированием. Эти кон-ции позволяют восстановить неразрезность, использовать сборные к-ции как несъемную опалубку. Сочетают в себе положительные с-ва сборного и монолитного ЖБ. Дает возможность в качестве сборных кон-ций использовать преднапряженные эл-ты.

Специфика их проектирования – наличие 2-х стадий:

1.монтажная – работают сборные кон-ции.

2.эксплуатационная – совместная работа М и Сб кон-ций.

Область применения ЖБК и перспективы развития

Применение: энергетическое стр-во (атомные, тепловые, гидростанции); опоры линий эл передач: в транспортном, автомобильном и жд стр-ве; стр-во аэродромов, сельское стр-во; стр-во метрополитенов; стр-во шахт; военная отрасль.

Перспективы развития. Приоритетное направление:

1.разработка высокопрочных, быстротвердеющих, легких и кор стойких б-нов с применением хим добавок.

2.разработка новых видов кон-ций.

3.создание новых типок металлической и не -//- ар-ры.

4.введение безопалубочного формования в преднапряженных кон-циях.

5.совершенствование технологий возведения монолита.

6.сов-вание долговечности и надежности к-ций.

7.сов-вание теорий расчета.

Повсеместное использование в стр-ве преднапряженных кон-ций.

Виды бетона для ЖБК.

Б-ном наз искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения правильно подобранной смеси вяжущего, воды, заполнителей.

К физ свойствам б-на относят: водонепроницаемость, Мрз, кор стойкость, жаростойкость, огнестойкость, звуко и теплопроводность, кислотостойкость, усадка и набухание.

К мех с-вам: сопротивление (прочность) при различных видах воздействия, деформативные с-ва б-на, сжимаемость-растяжимость под нагрузкой, ползучесть и температурные деф-ции, усадка, набухание.

Б-ны классифицируются по ряду признаков:

1.по назначению: конструкционные, специальные.

2.по виду вяжущего: цементные, силикатные, гипсовые, полимерцем, напрягающие ц-ты, смешанные.

3.по плотности: особотяжелые (>2500), тяжелые (2500-2200), облегченные (2200-1800), легкие (1800-500).

4.по виду заполнителей: на плотных и на пористых зап-лях, искусств и естественные.

5.по структуре: плотные, крупнопористые, поризованые, ячеистые.

6.по зерновому составу: крупнозернистые, мелкозернистые.

7.по условиям твердения: естественное твердение, подвергнутые тепловой обработке при атм давлении, автоклавной обработке при высоком давлении.

В зависимости от условий эксплуатации б-ны должны обладать спец свойствами.

Основные свойства:

Морозостойкость(F) –способность м-ла сопротивляться попеременному замораживанию и оттаиванию.

Водонепроницаемость(W) – способность не пропускать воду.

Огнестойкость – способность б-на сохранять прочность при пожаре (1000-1100⁰С).

Жаростойкость – способность б-на сохранять прочность при длительном воздействии высоких т-р (200⁰С).

Кор стойкость – способность не вступать в хим реакции с окр средой.

Под прочностными свойствами б-на принято понимать нормативные расчетные характеристики, прочность б-на при длительном и кратковременном воздействии нагрузок, прочность на срез, скалывание и выносливость.

Под деформативными с-вами б-на понимают объемные и силовые деформации, происходящие в его структуре при работе в различных условиях и при различных видах нагружения.

Структура бетона.

На прочностные характеристики особое влияние оказывает структура бетона.

При затворении смеси заполнителей и цемента водой начинается хим реакция. В результате соединения минералов цемента с водой образуется гель, со взвешенными в воде частицами цемента и незначительными кристалликами. В процессе перемешивания гель обволакивает зерна заполнителя и постепенно твердеет, а кристаллы соединяются в кристаллическую решетку.

Основной фактор влияющий на структуру б-на В/Ц.

Избыточная вода при нарушении В/Ц частично вступает в реакцию с менее активными частицами цемента, а также заполняет многочисленные поры и капилляры.

Поры занимают 1/3 объема цем камня. Структура бетона неоднородна, состоит из 3-х фаз: твердой, жидкой, газообразной.

В результате длительных процессов с ростом упругих кристаллических сростков, уменьшения объема твердеющего геля, изменения водного баланса в б-не проявляются упругопластические с-ва, как во взаимодействии с температурновлажностным режимом так и под нагрузкой.

Кристаллические сростки отвечают за упругие с-ва, гелевое составляющее - за пластические. Имеющиеся известные теории прочности к б-нам непременимы.

Суждение о прочности и деформативности б-на основаны на экспериментальных данных.

Структура б-на.

На структуру влияют: В/Ц, применяемые добавки, условия твердения, наличие возрастного фактора.

1-цементный камень; 2-щебень; 3-песок; 4-порывоздуха или воды.

В настоящее время к структуре б-на при изготовлении кон-ций предъявляется требование обеспечивающее ее однородность, т.е создаются б-ны в составы которых входят супер и гиперпластификаторы. Их наз высококачественными, они также / на: очень высококачественные и ультра высококачественные. В их основе мелкозернистые б-ны и фибробетоны.

Прочностные характеристики бетона.

Прочность твердого тела – способность сопротивляться внешним воздействиям не разрушаясь. Прочность на сжатие явл важнейшим классификационным показателем, характеризующим технические с-ва б-на.

В СНБ она обозначается fс и определяется как максимальное сжимающее напряжение в б-не при одноосном напряженном состоянии.

fcm-среднее значение прочности получаемое при испытании образцов.

F^G _C,CUBE –гарантированная прочность б-на – на осевое сжатие с учетом статической изменяемости, установленное на кубах 150*150*150мм, гарантируемое предприятием изготовителем.

fck-нормативное сопротивление б-на сжатию - контролируемая прочностная х-ка б-на, определяемая с учетом статической изменчивости, нормативная обеспеченность которой -0,95.

fcd-расчетная прочность б-на-величина получаемая в результате деления fck на _С (коэф безопасности=1,5(Б)

С –класс б-на по прочности на сжатие. Синтетическая мера качества б-на, соответствующая его гарантированной прочности.

С12/15 15 - гарантированная прочность изготовителем 12 – нормативная прочность б-на.

При контроле конкретных значений классов по прочности б-на появляется проблема выбора геометрии стандартного образца. В большинстве случаев испытаниям подвергают образцы цилиндрической и призматической формы. Исследованиями доказано, что образцы цилиндрической формы (d=150 и h=300мм) достаточно хорошо приближаются к прочности традиционных бетонов в сжатой зоне кон-ции и дают достаточно объективную оценку прочности б-на в условиях одноосного сжатия.

Однако при составлении СНБ учитывалось обстоятельство, что испытания кубов основной способ контроля б-на, поэтому в обозначении класса б-на прочность полученная в результате испытания кубов – знаменатель, числитель – нормативная прочность (испытания цилиндрических образцов).

Существует переходной коэф-т от гарантированной прочности к нормативной (Кр)-коэф-т призменной или цилиндрической прочности. (Кр=0,3-1,0 Кр=0,8 - разброс).

Поэтому нормативная прочность

fck=0,8* F^G _C,CUBE

Среднее значение прочности определяют с учетом гарантированной обеспеченности по ф-ле

fcm= fck+t*S fck= fck_0,05= fcm -t*S

где t- принятая обеспеченность при техническом измеринии 95% (t=1,64)

S- среднеквадратическое отклонение S≤5МПА

Для статической оценки показателей качества б-на используется з-н распределения случайных величин.

На кровай нормального распределения изменчивости прочности ось ординат с буквой n соответствует кол-ву испытаний, а ось абсцис fc – прочности образцов полученной в результате испытания.

Площадь заключенная под кривой нормального распределения есть область доверительной вероятности. Вершина этой кривой спроецированая на ось fc соответрствует средней прочности б-на (марка), а класс б-на находится в точке fck (в 5% квантили), ограничивающую площадь слева 5%.

При проектировании БК, ЖБК норм ы устанавливают следующие классы конструкционных б-нов по прочности на сжатие: С8/10, 12/15,16/20,20/25,25/30,30/37,35/45,40/50,45/55,50/60,55/67,60/75,70/85,90/105;

Легкие б-ны: LС12/15…LC45/50.

Бетонные кон-ции С8/10, ЖБК С12/15, преднапр С25/30.

Помимо прочностных х-к б-на на сжатие сущ нормативные и средние значения сопротивления и прочности б-на на растяжение.

Т.к определение прочности б-на трудоемкий процесс в расчетах допускается определение прочности на растяжение в зависимости от прочности на сжатие.

fctm =_r*fcm^2/3

_r=0.3

fcmk =0.7*fctm

нормативные документы допускают контроль прочности б-на на осевое растяжение косвенными методами, через прочность б-на на растяжение при изгибе f_ct,fl и прочность б-на при скалывании f_ct,sp

f_ct,ах=0,5* f_ct,fl

f_ct,ах=0,9* f_ct,sp

f_ct,ах-прочность б-на на осевое растежение

f_ct,fl=Pn*l/b*h²

f_ctsp=2Pn/П*а²

помимо перечисленых х-к прочности б-на и видов б-на сущ ряд прочностей, которые определяют при расчетах кон-ций в зависимости от воздействий и условий эксплуатации:

-прочность на смятие (местное сжатие)

-просность на срез, кручение

-прочность при длительном действии нагрузки, кратковременном нагружении, циклическом нагружении.

Прочность б-на при длительном разрушении разрушается значительно быстрее со временем, чем при кратковременной нагрузке, т.к появившиеся пластические деф-ции увеличиваются, суммируются со временем и приводят к показателям качества кон-ции не соответствующим нормальной эксплуатации.

Прочность б-на не остается величиной постоянной, а нарастает с течением времени, причем наиболее интенсивно процесс протекает в течение 28 суток, а затем замедляется, но не прекращается, при условиях положительной т-ры (-5⁰С и необходимой влажности).

Средняя прочность б-на на сжатие в возрасте t сутокдля изделий подвергнутых тепловой обработке:

fcm(t)-средняя прочность б-на на сжатие при t>28сут

fcm- -//- при t=28сут

fcmp-прочность после окончания тепловой обработки

t-возраст при t>28сут

tp-возраст после тепловой обработки

Объемные деформации б-на

Усадка и набухание

К ним относятся: усадка, которая рассматривается как объемное сокращение б-на в результате физ хим процессов проходящих при взаимодействии цемента с водой, изменением влажности цем камня и карбонизацией б-на, те это свойства микроструктуры твердеющего цем камня.

Усадка /на: химическую и физическую.

Химическая усадка связана с потерей воды при протекании процессов гидратации вяжущих. При схватывании и твердении цем вяжущего происходит изменение объема, тк молекулы входящие в состав новообразования располагаются плотнее, чем в свободном состоянии.

Дополнительные эффекты также возникают на стадии формирования структуры, связанные с действием поверхностного натяжения воды – аутогенная усадка.

Физ. усадка – потеря части свободной влаги б-на при ее испарении из открытых пор и капилляров в атмосферу.

Химическая и аутогенная составляющие усадки проявляются особенно интенсивно в первые часы твердения б-на. Эта усадка может также проявляться и при твердении б-на в воде. При хранении уже затвердевшего б-на во влажных или водных условиях будет происходить физ. набухание.

В соответствии с нормативными требованиями величину относительной деформации полной усадки б-на в произвольный момент времени t

_СS(t,t₀)= _СS,d(t,t₀)+ _СS,a

физ.у. хим.у.

_СS,d(t,t₀)- относительная деформация физ усадки бетона к моменту времени t обусловленная его высыханием.

_СS,a – хим относительная деформация (и аутогенная), обусловленные процессом твердения вяжущего_.

_СS(t,t₀)= _СS,d(∞)*β_ds(t-ts)

_СS,d(∞) – базовая отн. деф-ция физ усадки б-на

β_ds(t-ts) – коэф-т учитывающий скорость развития усадки в зависимости от рассматриваемого возраста б-на.

Хим усадка определяется

_СS,a=_СS,а(∞)*β_аs(t)

_СS,a- базовая относительная хим усадка

β_аs(t) – коэф-т учитывающий скорость нарастания хим усадки в момент времени t.

Физ усадка, особенно значение ее предельных деформаций _СS(t₀,∞), находится в зависимости от В/Ц, те от марки по удобоукладываемости. Эти деф-ции нормируются СНиП.

Если изменяется подвижность б-на, те удобоукладываемость имеет марку П1, марка по жесткости Ж1-Ж3 и особожесткие СЖ1-СЖ3 вводится коэфт предельных деформаций 0,7. Если смеси более подвижные П4,П5 – 1,2

0,7_СS(t₀,∞) 1,2_СS(t₀,∞)

Температурные деформации

температурные деф-ции х-ютсякоэфтом температурного расширения, (_t=1-10^-51/⁰C) t=-20 +100 ⁰C

В эксплуатационных ситуациях _t мало чем отличается от подобного коэфта для сталей _t(S)=1,2*10^-5

Коэфт бетонов колеблется (0,75…1,45)*10^-5 1/⁰С

_t для бетонов зависит от концентрации крупного заполнителя и его минералогического состава.

Для легких бетонов _t(L) зависит от мин состава и колеблется в пределах (0,4-1,4)*10^-5

Факторы влияющие на объемные деформации

Основные факторы влияющие на объемные деформации следующие:

1.кол-во, вид и активность цемента.

2.В/Ц.

3.температурновлажностные условия окр среды.

4.возраст б-на.

5.крупность заполнителя и межзерновая пустотность.

6.объемное содержание цем камня в бетоне.

7.присутствие добавок и ускорителей твердения.

Силовые относительные деформации бетона

силовые относительные деформации – развивающиеся в б-не, главным образом, вдоль направления действия сил.

Силовые относительные деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия /:

1.ОД при однократном загружении кратковременной нагрузкой.

2.ОД при длительном действии однократно пиложенной нагрузки.

3.ОД при многократно повторяющемся действии нагрузки.

СОТ При однократном загружении кратковременной нагрузкой

Деформирование б-на более наглядно можно наблюдать на диаграмме состояний б-на, которая устанавливает связь между напряжениями и продольными относительными деформациями (ОД) б-на.

Эти деформации вплоть до разрушения б-на следует рассматривать в качестве обобщенной х-ки мех свойств б-на.

σ_С=F/Ac

ε_C=Δl/l₀

F - усилие пресса

σ_С - напряжение б-на

Ac - площадь б-на

ε_CU – предельная деф-ция б-на на сжатие

ε_C1 – максимальная деф-ция б-на на сжатие, отвечающая максимальное его прочности

диаграмма состоит из 2-х характерных участков: восходящая и нисходящая ветвь.

Восходящая ветвь описывает зависимость σ_С от ε_C до напряжений в вершине диаграммы, которые при данном виде загружения принято наз пределом кратковременной прочности б-на. Эта зависимость получается с использованием традиционных методов испытания.

Нисходящая ветвь для получения зависимости σ_С от ε_C требует спец оборудования и явл наиболее трудоемкой частью эксперимента.

Проявление упругих деформаций появляется и зависит от скорости загружения образца. С увеличением скорости загружения при постоянном σ_С упругие деф-ции возрастают пропорционально возрастанию скорости.

Деформация б-на при различных скоростях загружения.

При мгновенной скорости загружения б-н деформируется только упруго.

Для хар-ки упруго-пластических свойств б-на используют модуль деформации, устанавливающий зависимость между напряжениями и относительными деформациями в любой точке диаграммы деформирования.

Модуль упругости б-на (Е) как и прочность- важная х-ка несущих кон-ций.

Значение (Е) влияет на жесткость кон-ции, а значит на размеры геометрических сечений и их армирование. Чем меньше Е, тем больше требуется повышение жесткости кон-ции за счет увеличения размеров и армирования.

На диаграмме деформирования _С_С можно проследить за изменением модуля деформации. При =0 он имеет максимальное значение и наз начальным модулем упругости. Обозначается Есо и представляет собой tg угла наклона касательной к кривой проходящей в начале координат =0.

Есо= tg₀

Учитывая нелинейную связь между напряжением и деформацией определяют также модуль полных деформаций, учитывающий упругие и пластические деф-ции (Ес)

Есо= tg₁ тангенс угла наклона касательной к кривой в ее произвольной точке.

Практическое значение для расчета ЖБК имеет средний модуль упругости Есm – тангенс угла наклона к секущей, проходящей через =0 и точку на кривой =0,4fcm.

Нормы устанавливают значение Есm с учетом сткуктурно механической модели б-на и технологических свойств бетонной смеси.

Изменение Есm во времени может быть определено по ф-ле Есm(t)

Есm(t)= [fсm(t)/ fсm(28c)]* Есm(28c)

Модули б-на х-ют его продольные деф-ции, которые на графике представлены

_СU - предельными деф-циями б-на

_С1 - деф-ции соответствующие пиковому значению прочности (сжатие).

Значения _СU получены экспериментальным путем и для расчета б-нов класса С50/60 её принимают постоянной=3,5⁰/₀₀.

_СU =3,5⁰/₀₀

Помимо продольных сущ поперечные деф-ции б-на (коэф-т Пуассона) _С=0,20

В практике для диапазона напряжений 0,5-0,6fck значение  находится в пределах 0,15-0,24.

Если в кон-ции допускаются трещины в растянутой зоне _С=0.

СОТ при длительном действии однократно приложенной нагрузки

если сжимающая нагрузка действует на б-ный образец длительное время его деф-ция возрастает стремясь к некоторому пределу через несколько лет.

Ползучесть – медленно нарастающая пластическая деф-ция при неизменном уровне напряжений.

С наибольшей интенсивностью эти деф-ции нарастают первые 3-4 месяца действия нагрузки и продолжают развиваться в течение 3-4 лет и более.

Изменение деф-ции б-ного образца с момента изготовления и работы его под нагрузкой в период времани с t₀ по t₃ можно наблюдать на графике зависимости деформации от времени.

(К графику)

Упругие деф-ции ε_el; ε_el1

Пластисеские деф-ции ε_рl; ε_рl1

С течением времени t=t0-t1 образец не загружен, в нем развиваются усадочные деф-ции ε_CS.

Приложение нагрузки в момент времени t₁ вызывает мгновенную упругую деф-цию ε_el и часть пластических деф-ций ε_рl (ползучесть б-на), которая затем проявляется в течение длительного времени от t₁ до t₂, практически при постоянном уровне напряжений, вплоть до стабилизации.

В момент времени T2 полная относителная деф-ция будет = сумме 3-х деф-ций:

ε_С=ε_СS(t,t₀)+ε_el +ε_рl

если в возрасте t₂, когда деф-ции ползучести стабилизируются, снять нагрузку – образец изменит свою длину на величину мгновенной деф-ции ε_el1 и к моменту времени t₃ появятся дополнительные деф-ции пластичности ε_рl1. Эти явления принято наз упругим последствием б-на. Т.о относительные деф-ции б-на действуют совместно хотя их рассматривают как независимые процессы.

Изменение деф-ции ползучести б-на можно также проследить на графике σ_С-ε_С , в зависимости от скорости нагружения.

График зависимости деф-ций ползучести от скорости первоначального загружения.

Опыты показывают независимо с какой скоростью был достигнут уровень напряжения σ_С/f_С конечные деф-ции ползучести будут с течением времени одинаковые.

Ползучесть также зависит от величины напряжения, с возрастанием которого она тоже увеличивается.

В общем случае величина деф-ции ползучести зависит от:

1.возраст б-на

2.относительный уровень напряжения σ_С/f_С

3.воздействие окр среды (t и влажность RH)

4.технологические параметры б-ной смеси (объемное содержание цем камня, В/Ц, активность и вид ц-та, вид заполнителя, способ уплотнения и тепловлажностной обработки.)

5.геометрические размеры поперечного сечения.

Зависимость деф-ции ползучести от времени выдержки под нагрузкой.

При расчетах ЖБК ползучесть учитывается при помощи коэфта ползучести Ф(t,t0) – отношение относительной деф-ции ползучести в момент времени t к упругой относительной деф-ции возникающей под нагрузкой в момент времени t₀.

Ф(t,t₀)= ε_рl(t)/ ε_el(t₀)

Величину Ф определяют по следующей зависимости

Ф(t,t₀)=Ф₀*β_С(t-t₀)

Ф₀ – базовый коэфт ползучести, определяемый в зависимости от средней прочности.

Ф₀= Ф_RH*16.8/(0.1+t^0.2)fcm

Ф_RH – учитывает влияние влажности и размеров сечения.

β_С(t-t₀) – коэфт учитывающий деф-ции ползучести во времени от t₀ до t.

Если не требуется большая точность расчетов, то используется предельной значение коэфта ползучести Ф(∞,t₀) (определяется графически).

Ползучесть влияет на величину предельных деф-ций б-на и в результате ее развития модуль упругости б-на уменьшается. Для учета этого явления в расчетах ЖБК используют эффективный модуль упругости б-на, который определяется в зависимости от предельных деф-ций ползучести.

Ec,eff=Ecm(t₀)/(1+Ф(∞,t₀))

Ecm(t₀)=[fcm(t₀)/fcm]^0.3*Ecm

σ_С,MAX≤ σ_СR σ_СR=_СR*fcd

Сот при многократно повторяющемся действии нагрузки

Зависимость σ_С от ε_С при цикличном нагружении.

Характер развития деф-ций при данном виде загружения зависит от величины повторно прикладываемых напряжений и кол-ва циклов.

При напряжении ниже предела выносливости с увеличением циклов происходит накопление остаточных пластических деф-ций с постоянным переходом зависимости от криволинейной формы (выпуклой) к линейной. С дальнейшим увеличением напряжения происходит дальнейшее накопление остаточных пластических деформаций, однако б-н в этот период может работать как упругий материал пока напряжения не превысят предел выносливости.

После невыполнения условия σ_С,MAX≤ σ_СR, после некоторого числа циклов, в б-не интенсивно начинают возрастать пластические деформации, главным образом за счет возникновения и развития микротрещин. Обе ветви диаграммы становятся вогнутыми и при достижении б-ном предельных деф-ций происходит его разрушение.

Показатели качества бетона.

При проектировании ЖБК в зависимости от назначения и условий эксплуатации нормами устанавливаются показатели качества б-на, а соответственно и кон-ции.

К показателям качества кон-ции (б-на) классы по прочности на сжатие и растяжение, марка по Мрз (F50…F500), марка по водлнепроницаемости (W2…W12),

Марка по плотности D (2300-2500)-тяжелые;

(1800-2400)-средние; (1800-2000)-легкие

марка напрягающего Б по самонапряжению Sp(0,6-4).

Показатели качества б-на определяются в лабораторных условиях, периодичность их определения регламентируется ГОСТом или СТБ и обязательно указывается в паспортах на кон-ции и изделия.

Виды бетона.

Конструкционные: тяжелые, легкие.

Специальные: полимерб-ны, б-нполимеры, сульфатолюминатные и напрягающие б-ны.

Фиброб-н – дисперсно-армированый волокнами, повышает растяжение и сопротивление удару.

В настоящее время новое поколение б-нов: высококачественные (ультравысококачественные) 150МПа.

Арматура для ЖБК.

Требования к арматуре.

Ар-ра – линейно протяженные эл-ты, предназначенные в ЖБК для восприятия растягивающих (главным образом) и сжимающих усилий.

Ар-ру в ЖБК применяют в виде отдельных стальных стержней, проволоки, канатов или выполненных разнообразных арм-ных изделий.

Необходимое кол-во рабочей ар-ры размещаемой в конции определяется расчетом сечений на действие усилий или устанавливается по конструктивным требованиям.

Требования:

1.максимально высокое нормативное сопротивление.

2.хорошие упругие свойства (предел упругости и пропорциональности).

3.высокие пластические св-ва, гарантирующие от преждевременного хрупкого разрушения кон-ции.

4.высокая вязкость (наибольшее число безопасных перегибов) позволяет избежать снижения прочности в процессе изготовления.

5.способность ар-ры к наилучшему сцеплению с б-ном (рифленая поверхность).

Кроме того ар-ные стали должны обладать свариваемостью, стойкостью против хладноломкости (т=-30), пределом выносливости (выдерживать число циклов n=1*10⁵) и реалогическими свойствами, к которым относятся ползучесть и релаксация.

Под релаксацией ар-ных сталей понимают снижение во времени начального уровня напряжений при постоянной величине деформаций.

Ар-ра для ЖБК существует нескольких видов и наименований. Ее классифицируют по признакам: назначение; способ изготовления; профиль поверхности; способ применения.

По назначению / на:

-рабочая (продольная, поперечная)

-конструктивная

-монтажная.

Рабочая – по расчету. Конструктивная – по конструктивным и технологическим соображениям. Она воспринимает на всегда учитываемые расчетом усилия от усадки б-на, изменения температуры, а также равномерно распределяет усилия между стержнями.

Монтажная – обеспечивает проектное положение рабочей ар-ры, подъем при транспортировании и монтаже.

По способу изготовления различают:

-горячекатаную (стержневая)

-холоднотянутую – вытяжка в холодном состоянии (проволока).

По профилю поверхности: гладкого профиля; периодического профиля.

Гладкая – в монтажных целях. Период. профиля - основная ар-ра для ЖБК, т.к имеет хорошее сцепление с б-ном.

Стержневая арматура.

А)Гладкий профиль

Б)периодического профиля

В)проволочная холоднокатаная

Г)канаты

Канаты представляют собой витую проволоку, которая набирается в пучки и обладает высокими прочностными х-ками

Технология изготовления термически упрочненной ар-ры заключается в обработке стали высокими температурами.

Холоднотянутые виды ар-ры получают путем вытяжки с определенным удлинением.

По способу применения в ЖБК ар-ру / на напрягаемую и не напрягаемую.

Все перечисленные виды ар-ры относятся к гибким.

Помимо гибкой ар-ры в ряде случаев применяют жесткую из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков.

Механические и деф-нные свойства ар-ных сталей.

Механические свойства ар-ных сталей:

1.характеристики прочности и деформативности устанавливаемые по диаграмме σ_S-ε_S , сюда относится физ предел текучести, временное сопротивление разрыву, условный предел текучести, условный предел упругости.

2.пластические свойства: относительное удлинение при испытании на разрыв, изгиб в охлажденном состоянии, относительное удлинение после разрыва.

3.свариваемость.

4.хладноломкость – склонность к хрупкому разрушению при т-ре ниже -30.

5.реалогические св-ва: ползучесть (большие напряжения и большие т-ры), релаксация.

6.усталостное разрушение.

7.динамическая прочность.

Основной х-кой учитываемой в расчетах ЖБК явл прочность и деформативность.

Характер прочности и деформативности устанавливается на диаграмме σ_S-ε_S, при испытании образцов на растяжение

Для ар-ных сталей имеющих физ предел текучести рассматривают следующие основные этапы работы образца под нагрузкой, которым свойственны характерные деф-ции.

1.упругие деф-ции ε_р и и соответствующие им напряжения равные fp - предел пропорциональности.

2. упругопластические деф-ции ε_ре , которые соответствуют напряжению fe– соответствующие пределу упругости.

3.пластические деформации ε_Sy , соответствующие физическому пределу текучести.

4.деформации ε_SU , соответствующие временному сопротивлению f1 или пределу прочности.

Диаграмма 2 для высокопрочных сталей устанавливает условный предел текучести ε_0,2=fsy , соответствующий остаточным деформациям ε_SY=0.2% , а также устанавливает пропорциональный предел σ_0.02=fp при котором остаточные деф-ции =0,02%.

Предел упругости для высокопрочных сталей принимается 0,8fsy=fe.

Для расчета ЖБК используют модуль упругости для сталей имеющих физ предел текучести. Es=200кН/мм²

Для сталей с условным пределом текучести используют модуль деформации, который для стержневой ар-ры равен

Es=200кН/мм² , а для канатной Es=190кН/мм²

Назначая ар-ру для ЖБК особое внимание уделяют свариваемости, реалогическим свойствам, усталостному разрушению и динамическому упрочнению.

Свойства ар-ной стали зависят от хим состава, способа производства и обработки.

Стали имеющие физ площадку текучести наз мягкими. Содержание углерода 0,2-0,4%. Увеличение углерода приводит к увеличению прочности, но снижает деформативность и свариваемость.

Классы ар-ры		Номинальный диаметр, мм	Вид поверхности
СНиП	СНБ
А-1	S240	5.5…40	Гладкая
A-3	S400	6…40	Период проф
Стержень	S500	3…40	Гл. и период проф.
Вр-1	S500
А-V АтСК Ат-V Ат-VС АтК АтС	S800	10…32	Стержневая, период пр, кольцевой и серповидный
А-7	S200	6…32	-//-
канаты	S1400	К7…К19	канаты
В-2		3…5	Гладкая
Вр-2		3…5	С вмятинами

Изменение свойств стали достигается введением легирующих добавок. Повышение прочности можно достигнуть термическим упрочнением и механической вытяжкой.

Стали с одинаковыми прочностными и деформативными св-вами объединяются в классы, при этом к одному классу могут относиться стали с разным хим составом, т.е разных марок.

Классы АРМ стали учитывают способ производства и механ характеристики.

В классы включены горячекатаная, термомехан упрочненаая, холодно деформированя.

С- свариваемость;К- кор стойкость; Т- терм упрочненная.

Для расчета ж.б.к. используют нормативные и расчетные сопротивления арматуры. Нормативные сопротивление арматуры – гарантируемое производителем значение физического либо условного предела текучести арматуры с обеспеченностью не менее 0,95 (и ).Расчетные сопротивления арматуры (и ненапряженные и преднапряженные) определяют путем деления нормативного сопротивления на частный коэффициент безопасности по арматуре -,принимаемый для стержневой арматуры =1,1, для проволочной =1,2, для преднапряженной арматуры =1,25.

Арматурные изделия

С целью индустриализации арматурных работ и сокращения их трудоемкости отдельные стержни объединяют с помощью сварки или вязки в сетки, каркасы армоблоки. Сетки изготавливают рулонными или плоскими, рабочая арматура в них может располагаться в продольном, поперечном или обоих направлениях. Стержни, перпендикулярные рабочим стержням, выполняют функцию монтажной (распределенной) арматуры.

Для изготовления сеток используют S500 диаметром 3-5 мм, S400 диаметром 6-10мм, в отдельных случаях плоские сетки выполняют диаметром 10-20 мм класса S240, S400(сетки фундаментов).

В рулонных сетках диаметры продольных стержней могут также достигать 8 мм, наибольшая ширина рулонных сеток 3,5 м, а длина ограничивается массой 100-500 кг. Плоские сетки имеют максимальную ширину 2,5 м, длину до 9 м.

Сварные каркасы состоят из продольных (D) и монтажных (d1) стержней, объединенных поперечными рабочими стержнями (d), рабочей арматурой (рис.9.2а). Рабочие стержни могут располагаться в 2 ряда (рис.9.2б), когда к основному рабочему стержню допускается приварка дополнительного рабочего стержня (D1). Плоские каркасы объединяют пространственные каркасы или крупные арматурные блоки (рис.9.2в).

Качество точечной электросварки каркасов зависит от соотношения свариваемых продольных и поперечных стержней арматуры, которые должны быть в соотношении 1/3-1/4.

Плоские каркасы в пространственные можно объединить и с помощью хомутов, т.е. обвязывать плоские каркасы поперечной арматурой.

Изготавливают также проволочные изделия, которые объединяют в отдельные пучки, называемые канатами. Проволоки, объединяемые в канаты, имеют диаметр 1-3 мм, их обвивают вокруг центральной прямолинейной проволоки по спирали.

Стыки арматуры

Обычно рабочие стержни арматуры и арматурного изделия должны поектироватъся целыми на весь пролет элемента. Если это невозможно, следует предусматривать их стыкование по длине или ширине элемента. Соединение арматурных стержней без сварки допускается при диаметре менее 25 мм, не рекомендуется более 25 мм, а диаметр 36 мм и более запрещается. Также не допускается соединение без сварки рабочей арматуры в растянутых зонах изгибаемых и внецентренно растянутых элементов, где она используется с полным расчетным сопротивлением, также с центрально растянутыми и при стыковке арматуры S500 и выше.

В заводских условиях осуществляют стыковку стержней по длине при диметре 10/40 мм.

Стыковая контактная сварка dн1=dн2

Без сварки можно соединять арматурные сетки нахлесткой, величина которой () зависит от поверхности используемых стержней (гладкая или периодическая) и площади их сечения на длине участка СНБ 11.2.47-11.2.49.

При проектировании сварных соединений учитывают:

1.свариваемость металла;

2.наличие технологического оборудования;

3.возможнось контроля качества соединений;

4.втд и способ приложения нагрузки.

Основные типы выполнения сварных соединений:

а)дуговая ручная сварка ():

ln=6…8dн

S240;S500

б) дуговая ручная с накладками из стержней:

dn=10…40мм

S240;S500;S400

в)ванная одноэлектродная в инвентарной форме:

dn 1/ dn 2=0.5-1 l<=1.2 dn 1

г) дуговая ручная под слоем флюса:

D=(1.5-2.5)dн

dн=8-40мм

/dн=0,5-0,65

применение арматуры в ЖБК

Выбор класса арматурной стали, применяемой в ж.б.к., производят в зависимости от типа конструкции, наличия преднапряжения, условий возведения и эксплуатации. В качестве ненапрягаемой рабочей арматуры применяют в основном S400,S500. А класса S240 допускается использовать в качестве продольной ненапрягаемой рабочей арматуры только при специальном обосновании. S240 – обязательные монтажные петли.

Допускается в качестве ненапрягаемой арматуры применение S600 при наличии нормативного документа, регламентирующего качество (=1,2).

В качестве напрягаемой арматуры применяют S800, S1200,S1400. Допускается S1000. =1,25 для преднапрягаемой арматуры.

При длине до 12 м в преднапрягаемных конструкциях преимущественно используют S800,S1400, при длине более 12 м рекомендуют S1400.

Ж.Б.К.

Заводское производство ЖБК

Проектируя ж.б.к. предусматривают использование высокопроизводительных машин при их изготовлении, удобство монтажа на строительной площадке, поэтому ж.б.к. и изделия должны быть оптимальных габаритов, экономичных форм сечения, рациональных способов армирования, т.е. конструктивные решения и технология изготовления должны быть тесно взаимосвязаны.

Существует несколько технологических схем изготовления ж.б.к.:

1.конвеерная (изготовление изделий в формах, установленных на вагонетках и перемещаемых по рельсам конвейера от одного агрегата к другому, выполняя в процессе последовательно необходимые технологические операции).

2.стендовая (изделия в процессе изготовления и тепловой обработки остаются неподвижными, а агрегаты, выполняющие технологические операции, перемещаются вдоль форм). Кассетная технология – это разновидность стендовой.

3.поточно-агрегатная (форма с изделием перемещается от одного агрегата к другому кранами, а агрегаты, выполняющие технологические операции, неподвижны, ритм перемещения не является принудительным).

4.вибропрокатная (изделие формуют на непрерывно движущейся ленте, поверхность которой образует форму изделия).

P.S. На ж.б. заводах одновременно используют несколько технологических схем, т.к. изготовить весь комплект изделий для возведения здания по 1-ой технологии невозможно.

Совместная работа арматуры и бетона

Условия совместной работы

Основной фактор, обуславливающий совместную работу арматуры и бетона – это надежное сцепление арматуры с бетоном, снижение которого приводит к чрезмерному раскрытию трещин, уменьшению жесткости и прочности конструкций. Работая совместно с арматурой бетон, обеспечивает ее защиту от коррозий и действия высоких температур.

Совместная работа бетона с арматурой в ж.б.к. возможна при выполнении следующих условий:

1.близких значений коэффициентов теплового расширения этих материалов;

2.при действии усилий от нагрузки силы сцепления должны обеспечивать условие .

3.правильным определением необходимого количества арматуры, размещаемой в конструкции, т.е. должен быть выдержан минимальный коэффициент армирования сечения , который равен:

Если это условие не выполняется, конструкция рассматривается как бетонная.

Факторы влияющие на величину напряжения сцепления арматуры с бетоном.

Силы сцепления, приходящиеся на единицу поверхности арматуры, обуславливают напряжение сцепления арматуры с бетоном по длине элемента.

Факторы, влияющие на величину сцепления арматуры с бетоном, следующие:

1.трение арматуры с бетоном (“+” к таким силам сцепления) Величина этих сил 0,6-1,5 МПа.

2.вид и тип поверхности стержня. Круглые стержни являются наиболее оптимальными, “+” рифление поверхности до 50% .

3.адгезия (склеивание).

4.химическое взаимодействие между сталью и бетоном.

5.прочность бетона и его технологические параметры.

6.направление продольной силы.

Параметры: с, В/С, способ уплотнения, направление бетонирования, условие твердения.

Определение расчетной длины анкеровки ненапрягаемой ар-ры в бетоне

Cхема сцепления А с Б для определения lbd.

При выдергивании арматурного стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления ,

которые распределяются вдоль стержня неравномерно рис.10.1(в). Наибольшее их значение действует на некотором расстоянии от торца элемента. Для оценки напряжения сцепления используют усредненное значение напряжения на длине заделки стержня, определяемое как предельное напряжение сцепления . Усилие F вызывает появление растягивающих напряжений в стержне, имеющем площадь сечения (стержня) , максимальное значение . Из условия равновесия в предельном состоянии определяем длину базовой анкеровки:

U-длина окружности стержня (=);

-площадь арматуры стержня;

- предельное напряжение сцепления;

Зависимость показывает, что длина анкеровки увеличивается при увеличении диаметра и увеличении сопротивления арматурного стержня, поэтому для уменьшения длины анкеровки целесообразно использовать стержень меньшего диаметра.

Определение расчетной длины анкеровки ненапрягаемой ар-ры в бетоне

Расчетная длина анкеровки ненапрягаемых стержней равна:

--определяется по таблицам СНБ;

-нормируется в зависимости от поверхности стержня и его работы;

-базовая анкеровка;

-требуемая по расчету площадь продольной арматуры;

- площадь арматуры, принятая по сортаменту;

-длина минимальной анкеровки, принимаемая максимальной из 3-ех значений.

Для растянутых стержней > max (0,6; 15d; 100 мм);

Для сжатых стержней > max (0,3; 15d; 100 мм);

Конструктивные требования по анкеровке

ненапрягаемой ар-ры в бетоне

Продольные стержни растянутой и сжатой арматуры должны быть заведены за нормальные продольные оси элементов сечения, в котором они используются с полным расчетным сопротивлением на величину . Гладкие арматурные растянутые стержни в вязаных каркасах и сетках должны заканчиваться крюками, лапками и петлями, которые выполняются с учетом пункта СНБ 11.2.30.

Длина анкеровки концов отогнутой арматуры должна быть не менее в растянутом бетоне d20, в сжатом бетоне d10.

Обрываемые в пролете стержни арматуры заводят за точку теоретического обрыва в растянутой зоне 0,5h+20d и не менее , где h-высота конструкции в точке теоретического обрыва; в сжатой зоне 20d и не менее 250 мм.

Усадка и ползучесть бетона в ЖБК

В ж.б.к. стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной осадке бетона. Согласно опытным данным усадку и набухание ж.б.к. почти в 2 раза меньше, чем в бетоне.

Деформации стесненной усадки бетона в ж.б. элементах приводят к возникновению начальных напряжений, растягивающих в бетоне, сжимающих в арматуре. При достаточно высоком содержании арматуры в бетоне элемента могут возникнуть усадочные трещины.

Усадка бетона в статически неопределимых ж.б.к. рассматривается как внешнее воздействие, вызывающее появление дополнительных усилий в элементах. Средняя деформация усадки равна (приравнивается к коэффициенту линейного расширения).

Это позволяет заменить расчет на действие усадки расчетом на температурное воздействие. Отрицательное влияние усадки в этом случае может быть снижено путем устройства деформационных швов, которые обычно совмещают с температурными, и называют температурно-усадочными швами.

В предварительно напряженных элементах влияние усадки также учитывается путем снижения напряжения в напрягаемых арматурных стержнях. Напряжения, возникающие в бетоне этих конструкций то усадки, являются растягивающими и зависят от класса бетона, коэффициента армирования и, прежде всего, от деформаций свободной усадки бетона.

В ж.б.к под действием внешних сил происходят деформации ползучести, при которых арматура также является внутренней связью, препятствующей этой свободной деформации. В арматуре и бетоне возникают дополнительные напряжения от деформации ползучести, и при длительном действии нагрузки ползучесть приводит к перераспределению напряжений между арматурой и бетоном, т.к. эти 2 материала связаны между собой силами сцепления.

С течением времени напряжения в бетоне уменьшаются, а в арматурном элементе без преднапряжения возрастают. Этот процесс происходит непрерывно, пока деформации ползучести не достигнут своего предела.

В зависимости от вида ж.б.к и их напряженного состояния ползучесть может оказывать положительные или отрицательные влияния на их работу:

1. в коротких сжатых элементах полностью используются прочность арматуры и бетона.(+)

2.в изгибающих элементах увеличивают прогиб.(-)

3.в гибких сжатых элементах увеличивают начальный эксцентриситет и снижает несущую способность.(-)

4. в преднапряженных конструкциях приводит к потере предварительного напряжения.(-)

5.в статически неопределенных системах ползучесть помогает перераспределению усилий, смягчает концентрацию напряжений.(+)

Коррозия и защитный слой б-на

Коррозия ж.б.к зависит от условий эксплуатации и по этому признаку СНБ устанавливает классы по условиям эксплуатации, в которых перечислены все возможные виды коррозии ж.б.к.:

1.действие Cl;

2.карбонизация бетона;

3.МРЗ;

4.химические и биологические воздействия.

Коррозия бетона зависит прочности и плотности, свойств цемента и агрессивности среды.

Коррозия арматуры зависит от недостаточного содержания цемента, наличия в нем вредных добавок, чрезмерного раскрытия трещин и недостаточной толщины защитного слоя бетона. Коррозия арматуры может не зависеть от коррозии бетона.

Уменьшают коррозию:

1.ограничиваят агрессивность среды в процессе эксплуатации.

2.применяют плотные бетоны на сульфатостойких вяжущих.

3.устанавливают на поверхности бетона защитные покрытия.

4.ограничение ширины раскрытия трещин и увеличение толщины защитного слоя (0,2-0,4 мм допустимая ширина трещин; толщина защитного слоя min 15 мм).

Min расстояние между поверхностью стержней и ближайшей поверхностью бетона называется толщиной защитного слоя бетона.

Он обеспечивает:

1.совместную работу бетона и арматуры.

2.защиту арматуры от коррозии, высоких температур и воздействий окружающей среды.

При назначении толщины защитного слоя учитывают:

1.вид и размеры конструкций;

2.условия эксплуатации;

3.d и назначение арматуры (рабочее или распределительное);

Толщина защитного слоя должна быть:

1.не менее d арматуры, если он меньше или равен 40 мм.

2.max размера заполнителя, если он <32 мм.

3.max размера заполнителя 5 мм, если он >32 мм.

Но во всех случаях не менее 15 мм - нормальное условие эксплуатации и в соответствии с табл. 11.4 СНБ.

Для фундаментов толщина защитного слоя не менее:

1.при отсутствии бетонной подготовки 80 мм.

2.при наличии бетонной подготовки 45 мм.

3.при выполнении из сборного ж.б. 45 мм.

Толщина защитного слоя бетона для поперечной и распределенной арматуры в конструкциях, работающих в нормальных и слабоагрессивных средах, следует принимать не менее 15 мм.

Особенности преднапряженных конструкций

Сущность предварительно напряженного ЖБ и его классификация

ПН ЖБК это конструкции в к-х начальное напряжение напрягаемой ар-ры обеспечивает необходимую степень обжатия б-на в процессе их изготовления и эксплуатации.

Отличие ПНК от обычных заключается:

-В обычных ЖБК, ар-ная сталь выполняет пассивную роль, она не может воспрепятствует разрушающему Б-Н действию нагрузки, но смягчает последствия после образования трещин от действия этой нагрузки. В ПНК ар-ра выполняет активную роль и праектировщик создает силы оказывающие противодействие внешним нагрузкам, к-е стремятся разрушить конструкцию.

Классификация ПНК по следующим признакам:

1по принципу действия предварительного ар-ния:

-одноосные предварительно напряженные

- двуосные предварительно напряженные

- объемные ПНК

2 по методу изготовления:

-с растяжением ар-ры на упоры - самонапряженные

- с растяжением ар-ры на Б-Н - сборно-монолитные

3 по степени предварительно напряжения

- полное ПН (напряжение (на уровне цента ПН ар-ры )

- ограниченное ПН ()

- частичное ПН (напрягаемая ар-ра устанавливается из условия ограничения раскрытия ширины трещин)

Способы создания предварительно напряжения в ар-ре

ПНК- могут быть выполнены 3 методами:

-при натяжении ар-ры на упоры - самонапряжение (физико- хим метод)

- при натяжении ар-ры на Б-Н

Натяжение на упоры применяют в заводских условиях для изготовления ЖБК малых и средних пролетов. Ар-ру укладывают в форму до бетонирования и после натяжения до заданного значения напряжения закрепляются на упорах. Далее эл-ты бетонируют и когда Б-Н достигает необходимой передаточной прочности ар-ру освобождают с упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину ар-ра обжимает Б-Н поскольку имеет с ним надежное сцепление.

Рис Последовательность технологических операций при натяжении ар-ры на упоры

1 Напрягаемая ар-ра 2 упоры 3 технологические анкера 4 жб элемент

а) натяжение ар-ры ее закрепление (анкеровка) б) бетонирование Б-на и его хранение до набора передаточной прочности в) освобождение от технологического закрепления

Натяжение ар-ры на Б-Н. Предварительно изготовляют Б-ный или слабо ар-ный Б-Н, а затем после достижения передаточной прочности выполняют его обжатие. В этом случае ар-ру загонят в пазы или каналы , устраивают при Бет-нии элементов (Ø канала\ паза) на 5- 15 мм больше Ø ар-ры. Натяжение осуществляют на Б-Н при помощи специальных домкратов 2-ого действия. Сцепление ар-ры с Б-ном создают при последующим заполнении цем. или цем./пес раствором каналов/пазов в к-х находится ар-ра. Если инъектирование не выполняют к-ции называют ПН-ыми без сцепления ар-ры с Б-ном.

1 Напрягаемый стержень 2 домкрат 3 анкера 4 Канал/паз 5 жб эл-нт

а) создание напряжения в стержне б) заполнение Б-ном канала/паза и обжатие Б-ного эл-нта

В зависимости от технологических особенностей натяжения ар-ры сущ-ют следующие способы ПН-ия:

1 Механический способ: в создании удлинения ар-ры соотвествующему заданному контролируемому напряжению получают вытяжкой ар-рного эл-нта с помощью натяжных механизмов

2 Электро- термический способ – необходимое удлинение напрягаемой ар-ры получают электронагревом ар-раы до сотвествующей температыры с последующей фиксаций ее на упорах заданной длинны(t=300-450°C)

3 Комбинированный это совокупность 1 и 2

4 Физико- хим. в создании напряжения в ар-ре расположенной в к-ции засчет энергии расширения напрягающего Б-на в процессе твердения.

Назначение напряжений в предварительно напряженной ар-ре

ПН-м следует назначать с учетом допустимых отклонений р, таким образом , чтобы для стержней и проволочный ар-ры выполнялось следующие условие:

- не позволяет произойти разрыву

стержня

- создать необходимые нормальные

условия эксплуатации

р- допустимое отклонение

Кр- коэф-т 0,9-стержневая ар-ра 0,8- проволочная ар-ра

-электр-терм. и электро-термо-мех.

l - длина натягиваемого стержня или расстояние между наружными крайними упорами

- механич. способ.

Потери напряжений ар-ре

Напряжение в ар-ых эл-нтах не остается постоянным во времени, в результате потери к-е начинаются с момента их натяжения и развивается в течении всего периода эксплуатации к-ции самые максимальные потери напряжения фиксируются в период передачи усилия с ар-ры на Б-н( в период обжатия). В общем случая рассматривается 2 вида потерий: 1-ые потери(технологические) в момент времени t=tо; 2-ые эксплуатационные t>to

Технологические:

1. Потери от релаксации потери напряжения ар-ры (снижение напряжений при постоянных деформациях; структурные изменения в металле)

а) Механический способ натяжения

проволока (13,1)

стержневая (13,2)

б) Электро- термический способ, электро- термо- механическмй

(13.3)

(13.4)

Если значение получается с минусом, то в дальнейшем расчетах приравнивают к нулю.

2. Потери от температурного перепада – это разность температур между натянутой ар-рой в зоне нагрева и устройства воспринимающие усилия натяжения. Зависит от класс Б-на.

(13,5)

(13,6)

При отсутствии технологии изготовления, можно принять =60°C

3. Потери предварительного напряжения от деформации анкеров расположенных в зоне этих устройств при натяжении на упоры

(13,7)

(13,8)

L- длина напрягаемого стержня

- обжатие опрессованных шайб, высаженных головок можно принимать равное 2 мм (или по ф-ле)

4) Потери вызванные проскальзыванием напрягаемой ар-ры в анкерных устройствах. (при натяжение ар-ры на Б-Н)

(13,9)

если , то

a_p -величина проскальзования, x - длина участка от натягивающего устройства до расчетного сечения; x₀ - длина зоны проскальзования

При натяжении на упоры усилие обжатия с ар-ры на Б-н передается за счетсил сцепления и при обеспеченных конструктивных условиях, величина этих потерь приравнивается нулю.

5)Потери вызванные деформациями стальной формы, при закреплении ее на упорах напрягаемой ар-ры

(13,10)

- домкраты

При отсутствии технологии натяжения . При электро- термическом способе, электро- термо- механическом натяжении, эти потери учитываются при определении полного удлинения ар-ры, поэтому =0.

6) Потери вызванные трением ар-ры о стенки каналов или о поверхности Б-ых конструкций

(13,11)

- натяжение на бетон

- угол поворота

7) Потери вызванные трением напрягаемой ар-ры о огибающие приспособления при ее натяжении на упоры.

(13,12)

- усилие обжатия

- ; х- длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения; Θ- суммарный угол поворота огибающие приспособления

8) Потери вызванные упругой деформацией Б-на (на уровне напрягаемой ар-ры )

(13,13) (на упоры)

(13,14)(натяж. на Б-н)

- усилие предварительного напряжения с учетом потерь к моменту обжатия Б-на.

- момент инерции Б-ного сечения;

- расстояние между центрами тяжести сечения и центром тяжести напрягаемой ар-ры.

В первом случае эти потери 2-8%, во втором – 1-4%.

Усилие предварительного обжатия к моменту времени t=to действующие непосредственно после передачи усилия с преднапряженной ар-той на Б-н конструкции

(13,15)

при натяж. на упоры

(13,16)

при натяж. на бетон

(13,17)

Эксплуатационные потери

Эксплуатационные потери к к моменту времени t>to дополнительно учитываются к первым технологическим

9) Реологические потери, от усадки и ползучести Б-на, долговременной релаксации ар-ры

(13,18)

(13,19)

10) Потери от смятия Б-на по виткам спиральной или кольцевой ар-ры:

(13,20)

Д_ext- наружный Ø-р конструкции

11) Потери, вызванные деформацией обжатия стыков между блоками

(13,21)

Среднее усилие предварительного обжатия в момент времени t>tо, с учетом всех потерь

(13,22) (на упоры)

(13,23) (натяж. на Б-н)

Эта величина должна быть

или (13,24)

При расчете по предельным состояниям расчетное усилие предварительного обжатия Pd в водится в расчет с учетом коэф-та =1

Анкеровка предварительно напряженной ар-ры (ПНА)

Напрягаемая ар-ра в ПНК-иях должна иметь надежную анкеровку на кольцевых участках . Установка анкеров если ар-ра натягивается на Б-н, силы сцепления с Б-ном недостаточны и по длине зоны передачи напряжений возможно образование трещин. Установка анкеров не требуется, если использована стержневая горячекатаная переодического профиля проволока S1400, канаты. Однако в процессе закрепления ар-ры на упорах применение временных анкеров. Можно заанкеровать при помощи приваренных шайб цагловых зажимов, высаженных оголовок, высаженных и приваренных шайб, приваренных каратышей

Ø (13,25)

=0,25

-длина участка преднапрягаемой ар-ры