ЛЕКЦИЯ 3 4. Основные свойства и характеристики железобетона
4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА 4. 1 Сцепление арматуры с бетоном – это основной фактор, обеспечивающий совместную работу арматуры и бетона вплоть до разрушения.
СЦЕПЛЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ СЛЕДУЮЩИХ ФАКТОРОВ: 1. От склеивания арматуры с бетоном за счет клеящей способности геля; 2. От силы трения, возникающей на поверхности контакта арматуры с бетоном, за счет обжатия арматурных стержней при усадке бетона; 3. От усилий сопротивления бетона при защемлении бетона за выступы арматуры – механическое зацепление
МЕХАНИЧЕСКОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ Величина механического зацепления бетона за выступы арматуры составляет ¾ от полного зацепления. Влияние факторов на сцепление Сцепление будет тем больше, чем больше количество вяжущего, чем меньше водоцементное отношение, чем выше класс бетона, чем больше возраст бетона, тем больше прочность бетона
4. 2 АНКЕРОВКА АРМАТУРЫ В БЕТОНЕ Анкеровка – это зацепление концов арматуры в теле бетона, рассчитанная на восприятие определенного усилия. Анкеровка осуществляется: 1. Выступами на поверхности арматуры периодического профиля;
АНКЕРОВКА 2. Специальными анкерующими устройствами на концевых участках стержня: а) лапка б) крюк в) петля г) шайбы, приваренные на концах. Анкеровка также осуществляется с помощью поперечных стержней в каркасе или сетке.
ДЛИНА АНКЕРОВКИ Длина анкеровки определяется из условия, что усилие, действующее в арматуре, должно быть воспринято силами сцепления арматуры с бетоном, которые действуют по длине арматурного стержня и силами сопротивления анкерных устройств.
БАЗОВАЯ ДЛИНА АНКЕРОВКИ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПО ФОРМУЛЕ: l 0, an= Rs∙As / Rbond∙Us Rs – расчетное сопротивление арматуры растяжению; As и Us – площадь и периметр сечения анкеруемого стержня соотвественно; Rbond – расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки, Rbond=η 1∙ η 2∙Rbt η 1 – коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры; η 2 – коэффициент, учитывающий влияние диаметра арматуры.
НАЗНАЧЕНИИ ВЕЛИЧИНЫ АНКЕРОВКИ Требуемая расчетная длина зоны анкеровки с учетом конструктивного решения элемента определяется по формуле: lan=α·l 0, an·Ascal/Asef α – коэффициент, учитывающий влияние на анкеровку напряженного состояния бетона и конструктивного решения в зоне анкеровки; Ascal и Asef – площади сечений арматуры требуемой по расчету и фактически принятой соответственно. Фактическая длина анкеровки назначается не менее , не менее 15 d и не менее 200 мм.
УСИЛИЕ, ВОСПРИНИМАЕМОЕ АНКЕРУЕМЫМ СТЕРЖНЕМ: Ns= Rs∙As ℓs/ℓаn ≤ Rs∙As ℓs – расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого поперечного сечения; ℓаn – требуемая расчетная длина анкеровки, определяемая при Ascal/Asef=1.
4. 3 ЗАЩИТНЫЙ СЛОЙ БЕТОНА. КОРРОЗИЯ АРМАТУРЫ И БЕТОНА. АНТИКОРРОЗИЦИОННЫЕ МЕРЫ Защитный слой бетона – это расстояние от края сечения элемента до центра тяжести арматурного стержня. Защитный бетонный слой необходим: 1. Для защиты арматуры от коррозии и воздействия высокой температуры; 2. Для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном благодаря сцеплению. Защитный слой создается при бетонировании конструкции с помощью фиксаторов, однако при натяжении арматуры на бетон (при бетонировании труб, резервуаров), защитный слой выполняется торкретированием, т. е. напылением.
МИНИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА ЗАЩИТНОГО СЛОЯ НАЗНАЧАЕТСЯ ИСХОДЯ ИЗ ФАКТОРОВ: 1. При эксплуатации железобетонных конструкций в закрытых помещениях и при пониженной или нормальной влажности толщина защитного слоя 20 мм; 2. При эксплуатации в закрытых помещениях с повышенной влажностью 25 мм; 3. При эксплуатации железобетонных конструкций на открытом воздухе без дополнительных мер защиты 30 мм; 4. В грунте при наличии бетонной подготовки 40 мм; 5. Независимо от условий эксплуатации – не менее d стержня. Для сборных железобетонных элементов все минимальные толщины уменьшаются на 5 мм. Для конструктивной арматуры минимальная толщина защитного слоя должна быть меньше на 5 мм, чем для рабочей арматуры.
КОРРОЗИЯ АРМАТУРЫ И БЕТОНА Коррозия – это разрушение конструктивного материала (бетона и (или) арматуры) с течением времени под воздействием агрессивной среды. Коррозия арматуры может протекать одновременно с коррозией бетона или не зависимо от нее. Коррозия арматуры приводит к появлению ржавчины, которая приводит к увеличению объема арматуры, а это приводит к отслоению защитного слоя и оголению арматуры. Корродирование оголенной арматуры происходит интенсивнее, а при коррозии арматуры под нагрузкой еще более интенсивно, т. к. на поверхности арматуры появляются микротрещины.
МЕРЫ, ПРИНИМАЕМЫЕ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ КОРРОЗИИ: 1. Снижение агрессивности среды (отведение агрессивных вод, умеренная вентиляция); 2. Использование плотных бетонов на сульфатостойких вяжущих; 3. Выполнение защитных покрытий (лакокрасочных, полимерных, мастичных или увеличение защитного слоя); 4. Ограничение ширины раскрытия трещин или недопущение их появления; 5. Применение армополимера бетонов на основе эпоксидных смол.
4. 4 ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Задача расчета железобетонных элементов имеет три стороны: 1. Статическую (динамическую) – уравнения статики (динамики) связывают между собой внешние нагрузки и внутренние усилия. 2. Геометрическую – геометрические соотношения связывают деформации и перемещения конструктивных элементов. 3. Физическую – физические уравнения устанавливают связь между напряжениями и деформациями.
ДЛЯ Ж. Б. ЗАДАЧА РАСЧЕТА УСЛОЖНЯЕТСЯ ПО СРАВНЕНИЮ С ИДЕАЛЬНО УПРУГИМ ТЕЛОМ (ТАКИМ КАК МЕТАЛЛ) ИЗ-ЗА РЯДА ПРИЧИН: 1. Материал является неоднородным и анизотропным; 2. Бетон при незначительных нагрузках имеет нелинейные деформации; 3. Образуются трещины в растянутой зоне, что изменяет напряженное состояние элемента, т. е. элемент теряет сплошность сечения
К ТЕОРИИ РАСЧЕТА Ж. Б. ЭЛЕМЕНТОВ При эксплуатационных нагрузках наблюдаются нелинейные деформации, следовательно, гипотеза линейных деформаций неприменима. Применение классической теории сопротивления материалов для расчета железобетонных элементов не позволит получить точный результат, поэтому теория расчетов железобетонных элементов построена на экспериментальных (эмпирических) данных
4. 5 РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ 1 -я группа предельных состояний - расчет по несущей способности: прочности и устойчивости; - расчет производится на действие расчетных нагрузок. Условия: M≤Mult; N≤Nult, где: M и N – усилие при сочетании внешних нагрузок; Mult и Nult – несущие способности элемента, т. е. усилия, которые могут быть восприняты в рассматриваемом сечении.
2 -я группа предельных состояний - расчет по пригодности и нормальной эксплуатации: по прогибам, на образование и раскрытие трещин, а в некоторых случаях закрытие трещин; - расчет производится по нормативным нагрузкам; -условия: а) условие на образование трещин: M≤Mcrc и N≤Ncrc, где: Mcrc и Ncrc – усилия, которые могут быть восприняты перед образованием трещин;
2 -Я ГРУППА ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) б) на раскрытие трещин (производится если не выполняется условия в пункте «а» ): acrc ≤acrcult – допустимая ширина раскрытия трещин; в) по деформациям (по прогибам): f≤fult – предельный прогиб элемента.
КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПАСА Предельное состояние не должно наступать за все время эксплуатации конструкции! Для этого используется система коэффициентов, учитывающих возможное отклонение различных факторов и влияющих на надежную работу конструкции: γf – коэффициент надежности по нагрузке, учитывающий превышение нагрузки над проектной; γbi и γsi – коэффициент условия работы арматуры и бетона; γn – коэффициент надежности по назначению, учитывает степень ответственности и капитальности сооружений.
4. 6 КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК СМ. п. 2. 1 лекций по дисциплине «Металлические конструкции»
4. 7 СТАДИИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРУЕМОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 1 -ая стадия – до образования трещин в растянутой зоне элемента: а) начало первой стадии – малые нагрузки В начале 1 -ой стадии эпюра нормальных напряжений треугольная. Усилия в растянутой зоне в основном воспринимает бетон. Роль растянутой арматуры незначительна. Это наблюдается при нагрузках составляющих 1520% от разрушающей нагрузки.
1 -Я СТАДИЯ НДС ЖБК (ПРОДОЛЖЕНИЕ) б) в конце 1 -ой стадии при увеличении нагрузки развиваются неупругие деформации в растянутой зоне бетона и эпюра напряжений в данной зоне становится криволинейной, а величина напряжений приближается к временному сопротивлению бетона растяжению Rbt, ser – это напряжение при котором начинают образовываться трещины в растянутой зоне бетона. Когда деформации растянутой зоны достигают своих предельных значений, наступает конец 1 -ой стадии. По 1 -ой стадии напряженного состояния производится расчет на образование трещин.
2 -АЯ СТАДИЯ НДС ЖБК При дальнейшем увеличении нагрузки в растянутой зоне бетона образуются трещины, и бетон постепенно выключается из работы. Наступает 2 -ая стадия работы – раскрытие (рост) трещин в растянутой зоне бетона. В местах появления трещин, растягивающие усилия воспринимаются рабочей арматурой и частично бетоном над трещинами. На участке между трещинами арматура и бетон работают вместе, т. к. сцепление между ними не нарушено. Эпюра нормальных напряжений в сжатой зоне бетона по мере увеличения нагрузки постепенно искривляется за счет развития неупругих деформаций.
2 -АЯ СТАДИЯ НДС ЖБК (ПРОДОЛЖЕНИЕ) К концу 2 -ой стадии в арматуре также начинают появляться неупругие деформации, что свидетельствует о приближении напряжения в арматуре к пределу текучести арматурной стали. Это является окончанием 2 -ой стадии. По 2 -ой стадии производится расчет на раскрытие трещин, и определяются прогибы элемента. 2 -ая стадия работы сохраняется значительное время и характерна для эксплуатационных нагрузок. При этом критическая нагрузка этой стадии составляет 75% от разрушающей нагрузки
3 -Я СТАДИЯ НДС ЖБК Стадия разрушения железобетонного элемента. По продолжительности она самая короткая. Напряжение в арматуре достигает физического или условного предела текучести. Напряжение в бетоне сжатой зоны достигают расчетного сопротивления бетона сжатию
3 -Я СТАДИЯ НДС ЖБК (ПРОДОЛЖЕНИЕ) ХАРАКТЕРНЫ 2 СЛУЧАЯ РАЗРУШЕНИЯ: 1. Пластический характер разрушения – наблюдается у нормально армированных элементов. Нормально армированные элементы – это элементы, в которых полностью используется несущая способность арматуры. Разрушение начинается с появления текучести арматуры, вследствие чего растет прогиб элемента, интенсивно уменьшается высота сжатой зоны бетона за счет роста трещин по высоте сечения.
3 -Я СТАДИЯ НДС ЖБК (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Деформации участка, на котором наблюдается текучесть арматуры, и пластические деформации бетона возрастают при постоянной нагрузке. Этот участок называется пластическим шарниром. Эпюра напряжений в сжатой зоне бетона имеет криволинейный характер и близка к кубической параболе. Учитывая, что в момент разрушения арматура и бетон достигли предельного состояния, можно составить уравнения равновесия внешних и внутренних усилий для определения несущей способности изгибаемых и внецентренно сжатых элементов.
3 -Я СТАДИЯ НДС ЖБК (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 2. Разрушение элемента с избыточным содержанием арматуры. Разрушение происходит внезапно (хрупкое разрушение) в результате полного исчерпания несущей способности бетона в сжатой зоне, при неполном исчерпании способности рабочей арматуры.
3 -Я СТАДИЯ НДС ЖБК (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Такие элементы являются переармированными, которые не рекомендуется применять, однако эти элементы допускается применять в случае, когда площадь сечения арматуры минимизируется расчетом по 2 -ой группе предельных состояний или, когда арматура применяется по конструктивным требованиям.
Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 4 Основные свойства и характеристики железобетона
презентация часть 1 ЖБК лекция 3.pptx