Раздел II

Раздел II ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Нормативная литература • СНи. П 52 -01 -2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. • СП 52 -101 -2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. • Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры (к СП 52 -101 -2003). • СП 52 -102 -2004. Предварительно напряжённые железобетонные конструкции. • Пособие по проектированию предварительно напряжённых железобетонных конструкций (к СП 52 -102 -2004). • СТО 36554501 -005 -2006*. Применение арматуры класса А 500 СП в железобетонных конструкциях. • Армирование элементов железобетонных монолитных зданий. Пособие по проектированию / И. Н. Тихонов. – М. : ФГУП «НИЦ «Строительство» , 2007. • СНи. П 2. 03. 01 -84*. Бетонные и железобетонные конструкции (отменён с 01. 03. 2004). • Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжёлого бетона (без предварительного напряжения). – М. , 1978.

Лекция 9 СУЩНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Сущность железобетона Железобетон – комплексный конструкционный материал, в котором бетон и стальная арматура рационально объединены для совместной работы. Прочность бетона при растяжении примерно в 10 раз ниже, чем при сжатии, поэтому при действии нагрузок в растянутой зоне сечения изгибаемого неармированного бетонного элемента быстро появляется трещина, и прочность его исчерпывается. Однако растянутую зону целесообразно усилить стальной арматурой, поскольку прочность стали при растяжении примерно в 100 раз выше прочности при растяжении бетона. Арматура воспринимает растягивающие усилия, а бетон защищает её от коррозии и воздействия высокой температуры при пожаре. Температурные деформации бетона и арматуры примерно одинаковы, поэтому они работают совместно. Рабочая арматура – это арматура, площадь сечения которой определяется из расчёта на действие нагрузок. Конструктивная арматура – это арматура, диаметр и щаг которой назначаются по конструктивным требованиям норм или исходя из инженерного опыта конструктора. Функции конструктивной арматуры многообразны – восприятие неучтённых в расчёте усилий (от усадки и ползучести бетона, случайных напряжений), распределение усилий между стержнями рабочей арматуры сеток, обеспечение проектного положения рабочей арматуры при бетонировании и др.

Продольная и поперечная арматура Схема развития трещин в железобетонной балке b Сжатая зона Растянутая x зона h (1/10)l 30 см l Наклонная трещина Пролёт - расстояние между центрами опорных площадок Расчётная схема и эп. внутренних усилий M q M Q l Нормальная трещина 45 Qmax Расположение арматуры в поперечном сечении Поперечная арматура (хомуты) Концы Поперечная стержней Продольная конструктивная рабочая арматура загнуты в Схема армирования арматура крюки Сварной Вязаный l/4 Продольная l/4 каркас рабочая арматура

Применение наклонных стержней Продольная конструктивная арматура устанавливается без расчёта, необходима для крепления поперечной арматуры. Поперечная рабочая арматура устанавливается из расчёта прочности по наклонному сечению на действие Qmax. Продольная рабочая арматура устанавливается из расчёта прочности по нормальному сечению на действие Mmax. Трещины в бетоне образуются от действия главных растягивающих напряжений. Наклонные стержни расположены таким образом, чтобы в любом сечении находился хотя бы один из них

Разрезные и неразрезные балки Почему в неразрезной балке у средних опор высота сечения увеличивается ?

Армирование железобетонной водопропускной трубы Вертикальное давление грунта больше, чем горизонтальное, поэтому рабочая арматура находится в верхней и нижней частях кольца у внутренней поверхности, а в боковых частях - у наружной. Однако для упрощения конструкции арматуру кольца делают двойной, обеспечивающей работу на момент любого знака.

Изобретение железобетона В 1867 г. садовником Монье во Франции был заявлен первый патент на железобетонную конструкцию.

Переход от сплошных к рёбристым плитам перекрытий h (1/20)L = 3/20 = 0, 15 м g = h 0 = 0, 15 2500 = 375 кг/м 2 L = 3 000 h A h (1/20)L = 6/20 = 0, 30 м g = h 0 = 0, 30 2500 = 750 кг/м 2 L = 6 000 A С увеличением пролёта A-A x h 0 h перекрытия растёт его собственный вес; он может zb превысить величину полезной нагрузки. a Чтобы снизить вес перекрытия, было x h 0 h предложено (Ф. Геннебик, 1892 г. ) удалить бетон zb растянутой зоны. Несущая способность при этом не изменилась. a

Размещение рабочей арматуры в неразрезной монолитной плите рёбристого перекрытия Рабочая арматура в неразрезных балках и плитах размещается в растянутой зоне сечения, положение которой определяется по эп. изг. моментов. За пределы растянутой зоны арматура заходит на некоторое расстояние w. lan w w w w q

Размещение арматуры в неразрезной монолитной плите рёбристого перекрытия

Плиты балочные и плиты, работающие в двух направлениях Балочными являются плиты, опирающиеся по двум сторонам. Рабочая арматура таких плит размещается вдоль пролёта. Если плита опирается по контуру, и отношение его длинной стороны к короткой больше 2, то такая плита работает как балочная в направлении короткой стороны и её рабочая арматура размещается вдоль короткой стороны. Если соотношение сторон опорного контура меньше 2, то плита работает в двух направлениях и рабочей является арматура двух направлений.

Монолитное рёбристое перекрытие с балочными плитами

Монолитное рёбристое перекрытие с плитами, работающими в двух направлениях

Монолитное рёбристое перекрытие с плитами, работающими в двух направлениях Балки в перекрытиях создают негладкую поверхность потолков и снижают полезную высоту помещения. Поэтому были предложены безбалочные перекрытия.

Монолитное безбалочное перекрытие

Монолитное безбалочное перекрытие Толщина плиты безбалочного перекрытия определяется его работой на продавливание. Однако при меньшей толщине перекрытия площадь боковых граней пирамиды продавливания останется такой Продавливающая же, если применить капители. нагрузка 45 Боковые грани пирамиды продавливания, по которым бетон работает на растяжение Верхнее основание пирамиды продавливания

Монолитное безбалочное перекрытие Капитель Однако капители усложняют технологию опалубочных работ. В зданиях с небольшими нагрузками на перекрытие оказалось целесообразным устраивать не капители, а более толстую плиту перекрытия.

Монолитное безбалочное перекрытие Несущая способность основного армирования Дополнительное верхнее армирование Дополнительное нижнее армирование

Что важнее: снижение трудоёмкости или расхода материалов? Американский и немецкий подходы к конструированию железобетона (1930 г. ) В Европе развивались более сложные трудоёмкие конструктивные формы, позволяющие снижать расход материала. В США, где рабочая сила стоила дороже, наоборот, развитие шло по линии упрощения форм при более высоком расходе материала.

Сборный железобетон Индустриализация строительства, внедрение сборного железобетона начались в нашей стране с 1955 г. По плану уходило 52 дня на постройку, 48 дней на отделку.

Сборный железобетон

Преимущества и недостатки сборного и монолитного домостроения Сборный железобетон [-] • Ограниченные возможности планировки [+] помещений; • Перенос производственных операций в • Снижение надёжности стыков; заводские условия; ускоренное твердение • Необходимость применения монтажных бетона; высокий уровень контроля кранов большой грузоподъёмности; качества; • Слабая звукоизоляция от воздушного шума, • Высокая скорость монтажа. обусловленная малой массой конструкции; • Необходимость создания производственной базы (заводов ЖБИ). Монолитный железобетон [-] [+] • Повышенная трудоёмкость опалубочных и арматурных работ; • Свободная планировка помещений; • Сложность контроля качества; • Неразрезность конструкции снижает расход материала и повышает надёжность. • Трудности бетонирования в зимних условиях; • Слабая звукоизоляция от ударного шума, обусловленная непрерывностью конструкции.

Лекция 10 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Классы и марки бетона Показателями качества бетона, определяемыми проектировании и контролируемыми на производстве, являются классы и марки бетона. До 1986 г. в нашей стране показателями качества бетона служили проектные марки бетона, которые соответствовали среднему значению результатов серии испытаний. После 1986 г. показатели прочности бетона начали характеризовать классами, а показатели физических свойств (морозостойкости, водонепроницаемости, плотности) – марками. х Класс бетона, в отличие от марки, соответствует не среднему, а нормативному значению результатов серии испытаний, которое принимается с гарантированной обеспеченностью 0, 95. Обеспеченность среднего значения составляет 0, 5, то есть из 100 образцов 50 будут иметь прочность выше, СТ СЭВ 1406 -78. Конструкции бетонные и а 50 – ниже среднего значения. Обеспеченность железобетонные. Основные положения нормативного значения составляет 0, 95, то есть из проектирования. 100 образцов 95 будут иметь прочность выше СНи. П 2. 03. 01 -84*. Бетонные и нормативного значения. железобетонные конструкции. (отменён) Методика и условия проведения испытаний, форма и ГОСТ 25192 -82. Бетоны. Классификация и размеры образцов стандартизованы. Значения классов общие технические требования. и марок принимаются из унифицированного ряда. ГОСТ 10180 -90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

Классы и марки бетона 1) Класс бетона по прочности на сжатие – назначается во всех случаях; определяется прочностью базовых образцов бетона (кубов с ребром 15 см) в МПа в установленном проектном возрасте (28 сут. ): 1) В 15; В 20; В 25; В 30; В 35; В 40; В 45; В 50; В 55; В 60. 2) Класс бетона по прочности на осевое растяжение – назначается в случаях, когда растяжение имеет главенствующее значение (резервуары, напорные трубы): 2) Bt 0, 8; Bt 1, 2; Bt 1, 6; Bt 2, 0; Bt 2, 4; Bt 2, 8; Bt 3, 2. 3) Марка бетона по морозостойкости – назначается для конструкций, подвергаемых действию попеременного замораживания и оттаивания; определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания в воде, которое выдерживают образцы при снижении прочности не боле чем на 5%: 3) F 50; F 75; F 100; F 150; F 200; F 300; F 400; F 500 (F = frost). ГОСТ 26633 -91. Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. 4) Марка бетона по водонепроницаемости – назначается для Технические условия. конструкций, к которым предъявляют требования ограничения СП 52 -101 -2003. Бетонные водопроницаемости или повышенной коррозионной стойкости; и железобетонные определяется максимальной величиной давления воды (в кг/см 2), при конструкции без котором не наблюдается её просачивания через образцы: предварительного W 2; W 4; W 6; W 8; W 10; W 12 (W = water). напряжения арматуры.

Соответствие между классом и маркой бетона по прочности на сжатие Класс Коэфф-т Среднее значение Разброс Связь между нормативным и средним бетона вариации прочности*, значением прочности: v, % МПа кг/см 2 В 30 6 33, 3 339 30… 36 В 30 13, 5 38, 5 393 30… 46 В 30 25 50, 8 518 30… 70 * - в доверительном интервале с обеспеченностью 0, 9 f 1 2 где 0, 0981 – переводной коэффициент из МПа в кг/см 2. Однозначный перевод из марки в класс осуществить нельзя, так коэффициент вариации на каждом заводе разный. Можно Rb производить бетон разных марок, но одного и того же класса. Для ориентировочной оценки используется понятие условной В марки бетона, которая соответствует М 1 коэффициенту вариации v = 13, 5%. Связь М 2 между классом и условной маркой бетона:

Прочность бетона Классический метод определения прочности бетона предусматривает проведение разрушающих кратковременных статических испытаний специально изготовленных контрольных образцов бетона. В зависимости от формы опытного образца различают три вида прочности бетона при сжатии: • кубиковая – прочность бетона в кубах; контролируется на производстве; • призменная – прочность бетона в призмах с соотношением h/b = 4; применяется в расчётах конструкций; • прочность бетона в цилиндрах; определяется на извлечённых из конструкции образцах и в зарубежной практике. В зависимости от метода определения прочности бетона при растяжении различают • прочность при осевом растяжении образцов- восьмёрок; • прочность на растяжение при раскалывании образцов-цилиндров; • прочность на растяжение при изгибе образцов- ГОСТ 10180 -90. Бетоны. Методы определения призм. прочности по контрольным образцам.

Зависимость прочности бетона от формы и размера образцов Масштабные коэффициенты для перехода к прочности куба с ребром 150 мм Почему кубиковая прочность бетона выше, чем призменная? (ГОСТ 10180 -90) За счёт сил трения по граням пресса, Форма Характерный Масштабный образца размер, мм коэффициент сдерживающих поперечные деформации Куб, призма 70 0, 85 бетона. с ребром 100 0, 95 Прочность какого куба выше: малого или (стороной) 150 1, 00 большого, и почему? 200 1, 05 Прочность малого куба выше. Чем больше поверхность куба, тем больше начальных 300 1, 10 дефектов, которые развиваются по мере Цилиндр 100 х200 1, 16 (диаметр х возрастания нагрузки. высота) 150 х300 1, 20 Почему испытывают кубики, если в расчёте 200 х400 1, 24 используется прочность не кубиковая, а 300 х600 1, 28 призменная? На изготовление кубов уходит в 4 раза меньше Применяемый размер образца зависит от бетона, кроме того, кубам не требуется максимальной крупности заполнителя. центрирование, необходимое при испытаниях Масштабный эффект – зависимость прочности призм. Для перехода от кубиковой прочности бетона от размеров образца. к призменной достаточно умножить её на Градиентный эффект – зависимость прочности коэффициент 0, 75 (при том же размере бетона от вида напряжённого состояния (осевое ребра куба и стороны призмы). растяжение / растяжение при изгибе и т. п. ).

Нормативное и расчётное сопротивление бетона Призменная прочность (нормативное Прочность ненагруженного бетона возрастает со сопротивление) бетона: временем. Виды нормируемой (контролируемой) прочности бетона: • отпускная прочность бетона (при поставке где 0, 75 – переходный коэффициент от сборных ЖБК); прочности куба к прочности призмы. • передаточная прочность бетона (при Полный вариант эмпирической передаче усилий предварительного формулы: напряжения); • прочность бетона в промежуточном возрасте (при снятии опалубки); Расчётное сопротивление бетона: • прочность бетона в проектном возрасте. Проектный возраст бетона – время, в течение которого должно быть обеспечено достижение бетоном заданных требований по классам, маркам или другим показателям. где b – коэффициент надёжности по материалу; для бетона при сжатии b = 1, 3, ГОСТ 10180 -90. Бетоны. Методы определения при растяжении bt = 1, 5. прочности по контрольным образцам. ГОСТ 18105 -86. Бетоны. Правила контроля прочности.

Диаграмма деформирования бетона при кратковременном нагружении Деформации b касательная бетона: секущая bu нисходящая ветвь el – упругие pl (elastic) el кривая деформирования pl – неупругие b (plastic) произвольная точка на диаграмме граница b, u – предельная нелинейности сжимаемость деформирования (ultimate = предельный) bt, u = 0, 015% b bt, u – предельная 0 сжатие растяжимость b, t (tension = b, u = 0, 2% b bt, u растяжение) растяжение b, t Модуль упругости (начальный модуль деформаций) Модуль деформаций (секущий модуль) бетона – тангенс угла наклона касательной к бетона – тангенс угла наклона секущей, диаграмме деформирования в начале координат: проведённой через данную точку диаграммы:

Зависимость максимальных деформаций бетона от режима кратковременного нагружения Диаграммы сжатия бетонов В зависимости от применяемого различных классов испытательного оборудования возможны различные режимы кратковременного нагружения бетона: В 55 • Нагружение с постоянной скоростью роста напряжений (нисходящая ветвь на диаграмме отсутствует); В 50 • Нагружение с постоянной скоростью роста деформаций (при снижении нагрузки после достижения её В 45 максимальной величины на диаграмме появляется нисходящая ветвь, В 35 протяжённость которой зависит от выбранной скорости В 25 В 30 деформирования); В 15 • Ступенчатое нагружение с выдержкой под нагрузкой в течение 30 мин на В 7, 5 каждой ступени. Стандартные кратковременные испытания 0, 2% b, % бетона продолжаются 60 мин при растяжении и 20 мин при сжатии. Предельная сжимаемость почти не зависит от класса бетона

Деформативные характеристики бетона и аналитическая запись диаграммы деформирования Деформативные характеристики бетона: Классическая аналитическая запись связи напряжений и • модуль упругости Eb деформаций бетона: • предельные деформации при сжатии b, u и растяжении bt, u • коэффициент Пуассона Значения модуля упругости бетона при сжатии и растяжении численно равны. Для расчёта принимаются средние значения модуля упругости по испытаниям серии образцов. Для коэффициента секущего Коэффициент упругости бетона (по В. И. Мурашёву) или модуля предложена коэффициент секущего модуля деформаций (по Н. И. экспоненциальная зависимость: Карпенко) – это отношение его упругих деформаций к полным: Предельный коэффициент упругости бетона соответствует деформациям в вершине диаграммы: где - уровень деформаций - параметр При сжатии предельный коэффициент упругости vb, u снижается с нелинейности повышением прочности бетона; при растяжении vbt, u = 0, 5.

Развитие деформаций бетона при ступенчатом кратковременном нагружении b , МПа bu Нелинейное деформирование 3 бетона обусловлено развитием микротрещин в его структуре. О. Я. Берг предложил фиксировать основные этапы 2 процесса развития внутренних трещин в бетоне характерными параметрическими точками: нижняя точка Rcrc(0) 1 0 0 b, u = 0, 2% характеризует начало 0 el pl образования микротрещин, b , % верхняя Rcrc(v) – начало их 0 неустойчивого развития. 10 Верхняя параметрическая точка соответствует длительной 20 прочности бетона, нижняя – началу нелинейного 30 деформирования и пределу 2 3 разрушение при выносливости бетона. 1 постоянных t , мин напряжениях

Реологические свойства бетона Реологические свойства нагруженного бетона выражаются в развитии его деформаций и снижении прочности с течением времени. При длительном действии нагрузки прочность бетона снижается примерно на 10%, при динамическом приложении нагрузки прочность бетона возрастает примерно на 20%. Снижение прочности бетона при длительном действии нагрузки учитывается коэффициентом условий работы b 2 = 0, 9. Ползучесть бетона – увеличение деформаций нагруженного бетона с течением времени. Деформации линейной ползучести изменяются Диаграммы-изохроны, пропорционально уровню нагружения и отражающие деформации вызваны текучестью геля цементного камня; бетона, находящегося под деформации нелинейной ползучести действием постоянной нагрузки, изменяются непропорционально уровню в различные моменты времени нагружения и вызваны развитием микротрещин в структуре бетона, сопровождающимся снижением прочности.

Прочностные и деформативные характеристики бетона Класс Условная Сопротивления при сжатии Сопротивления при Начальный бетона средняя растяжении модуль прочность, упругости нормативное расчётное кг/см 2 Rbn, МПа Rbtn, МПа Rbt, МПа Eb, МПа В 15 197 11, 0 8, 5 1, 10 0, 75 24 000 В 20 262 15, 0 11, 5 1, 35 0, 90 27 500 В 25 327, 5 18, 5 14, 5 1, 55 1, 05 30 000 В 30 393 22, 0 17, 0 1, 75 1, 15 32 500 В 35 459 25, 5 19, 5 1, 95 1, 30 34 500 В 40 524 29, 0 22, 0 2, 10 1, 40 36 000 В 45 590 32, 0 25, 0 2, 25 1, 50 37 000 В 50 655 36, 0 27, 5 2, 45 1, 60 38 000 В 55 721 39, 5 30, 0 2, 60 1, 70 39 000 В 60 786, 5 43, 0 33, 0 2, 75 1, 80 39 500 Какой класс бетона, если приведены результаты испытаний на сжатие стандартных кубов Сколько нужно испытать образцов, чтобы установить класс бетона?

Высокопрочный бетон Бетон класса В 90 нормативное Результаты испытаний на сжатие серии кубов с ребром 150 мм из бетона класса В 90 сопротивление по прочности на сжатие стандартного куба с ребром 150 мм из такого бетона составляет 90 МПа. Средняя кубиковая прочность: 90 112 135 Rb, МПа Нормативное сопротивление (призменная прочность): Применение высокопрочного бетона (В 60…В 90) целесообразно в элементах, работающих на сжатие, а также в Расчётное сопротивление: конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных средах (поскольку высокопрочные бетоны отличаются высокой плотностью и, следовательно, являются более долговечными и Расчётное сопротивление при длительном действии стойкими к агрессивным воздействиям). нагрузки: Для высокопрочных бетонов также характерен более интенсивный рост прочности в раннем возрасте.

Классы арматуры Классификация арматуры Для армирования железобетонных конструкций применяется По технологии - в качестве ненапрягаемой арматуры: изготовления: 1) Горячекатаная гладкая класса А 240 (A-I); • горячекатаная стержневая 2) Горячекатаная и термомеханически упрочнённая (класс А) периодического профиля классов А 300 (A-II), А 400 (A-III), А 500 С, А 500 СП; • холоднодеформированная проволочная (класс В) 3) Холоднодеформированная периодического профиля класса В 500 (Вр-I), В 500 С в сварных каркасах и • канатная (класс К) сетках. По способу упрочнения: 1) - в качестве напрягаемой арматуры: • термически упрочнённая 4) Горячекатаная периодического профиля классов (класс Ат) А 600 (A-IV), А 800 (A-V), А 1000 (A-VI), или • механически упрочнённая термомеханически упрочнённая периодического (вытяжкой) профиля классов Ат600, Ат800, Ат1000; • термомеханически 5) Холоднодеформированная периодического профиля упрочнённая классов Вр1200…Вр1500 (Вр-II); 6) Канатная классов К 1400 и К 1500 (К-7, К-19), 7 - и 19 По виду поверхности: - проволочная; • гладкая 7) Горячекатаная и упрочнённая вытяжкой, • периодического профиля периодического профиля, класса А 540 (A-IIIв). 1) В скобках указаны обозначения по прежним нормативным документам (ГОСТ 5781 -82); 2) С = свариваемая, П = улучшенного профиля.

Лекция 11 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АРМАТУРЫ

Диаграммы растяжения арматурной стали Класс прочности Марка стали арматуры 1 – А 240 (A-I); А 240 (A-I) Ст3 сп 2 – А 300 (A-II); Ст3 пс 3 – А 400 (A-III); 4 – В 500 (Bр-I); А 300 (A-II) Ст5 сп 5 – А 600 (A-IV); Ст5 пс 6 – Вр1400 (Bp-II 5 мм); А 400 (A-III) 25 Г 2 С 7 – B-II 5 мм; 35 ГС 8 – B-II 2, 5 мм; А 600 (A-IV) 20 ХГ 2 Ц 9 – B-II 2 мм. А 800 (A-V) 23 Х 2 Г 2 Т Ат600 (Aт-IV) 25 Г 2 С 10 ГС 2 20 ХГС 2 Ат800 (Aт-V) 20 ХГС 2 Ат 1000 (Aт-VI) 20 ХГС 2 Арматуру каких классов предпочтительно использовать в качестве конструктивной?

Диаграммы растяжения арматурной стали класса А 500 В настоящее время в России и странах ЕС намечается переход к производству и применению только одного унифицированного класса ненапрягаемой (рабочей и конструктивной) арматуры – А 500.

Арматурные стержни, канаты, пучки A 500 СП – A 300 (A-II) профиль с улучшенным сцеплением A 400 (A-III); A 600; A 800; A 1000 Арматурные пучки A 500 – серповидный профиль В 500, Вр1200…Вр1500 К 1400; К 1500 (К-7, К-19)

Нормативные и расчётные сопротивления арматуры Нормативное сопротивление арматуры Rsn - это В чём здесь значение её основной прочностной характеристики, ошибка? принятое обеспеченностью 0, 95. В качестве основной прочностной характеристики принимают: 1) Для «мягкой» арматурной стали (с явно выраженной площадкой текучести) – арматуры классов А 240, А 300, А 400, А 500: y – физический предел текучести (напряжение, при котором происходит рост пластических деформаций без увеличения внешней нагрузки). 2) Для «жёсткой» арматурной стали (деформирующейся нелинейно без площадки текучести) – арматуры классов А 600, А 800, А 1000, В 500: 0, 2 – условный предел текучести (напряжение, при достижении которого и последующей разгрузке Расчётное сопротивление арматуры: остаточные деформации составляют 0, 2%). 3) Для арматуры, деформирующейся линейно почти до разрыва – арматуры классов B-II, Вр1200…Вр1500: 0, 75 u , где u – временное сопротивление s = 1, 1… 1, 2 в зависимости от класса (напряжение, которое соответствует наибольшей арматуры и стандарта для поставки нагрузке, предшествующей разрыву образца).

Прочностные и деформативные характеристики арматуры Обозначение классов прочности Номинальный Нормативное Расчётное сопротивление арматуры диаметр, мм сопротивление растяжению сжатию поперечной новое прежнее арматуры СНи. П 52 -01 -04 СНи. П 2. 03. 01 -84* Rsn, МПа Rs, МПа Rsc, МПа Rsw, МПа А 240 A-I 6… 40 215 170 А 300 A-II 10… 40 300 270 215 А 400 A-III 6… 40 400 355 285 А 500 - 6… 40 500 435 400 300 В 500 Bp-I 3… 12 500 415 360 300 А 540 A-IIIв 20… 40 540 450 200 - А 600 A-IV 10… 40 600 520 400 - А 800 A-V 10… 40 800 695 400 - А 1000 A-VI 10… 40 1000 830 400 - Вр1200 Bp-II 8 1200 1000 400 - Вр1300 Bp-II 7 1300 1070 400 - Вр1400 Bp-II 4; 5; 6 1400 1170 400 - Вр1500 Bp-II 3 1500 1250 400 - К 1400 К-7 15 1400 1170 400 - К 1500 К-7 6; 9; 12 1500 1250 400 - К 1500 К-19 14 1500 1250 400 - Модуль упругости Es = 2, 0 105 МПа для арматуры всех классов, кроме канатной ( Es = 1, 8 105 МПа).

Лекция 12 ЖЕЛЕЗОБЕТОН: КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Виды железобетонных конструкций По виду бетона: По основному назначению различают бетоны: • из тяжёлого бетона • конструкционные – бетоны несущих и • из лёгких конструкционных бетонов ограждающих конструкций зданий и • из мелкозернистых бетонов сооружений, определяющими требованиями к качеству которых являются требования по • армополимербетонные физико-механическим характеристикам; По способу изготовления: • специальные (жаростойкие, химически стойкие, теплоизоляционные и др. ) • сборные Тяжёлый бетон – бетон плотной структуры на • монолитные цементном вяжущем и плотных крупных и мелких • сборно-монолитные заполнителях. . По виду арматуры: Лёгкий бетон – бетон на цементном вяжущем и пористом крупном заполнителе. • с гибкой стержневой арматурой Мелкозернистый бетон (пескобетон) – бетон • с несущей профильной арматурой плотной структуры на цементном вяжущем и плотных мелких заполнителях. • с дисперсной арматурой в виде волокон Полимербетоны – специальные бетоны на По предварительному напряжению основе полимерного вяжущего, химически арматуры: стойких минеральных заполнителей, • без предварительного напряжения наполнителей и добавок. • предварительно напряжённые ГОСТ 25192 -82. Бетоны. Классификация и общие технические требования.

Рамный железобетонный каркас

Каркасные несущие системы зданий Каркасная несущая система вертикальные элементы – колонны Рамная Связевая Рамно-связевая (жёсткие узлы) (шарнирные узлы) (комбинированная) Жёсткий узел Связи Стойки (колонны) Ригели (балки)

Сборный каркас: рамная схема

Сборный каркас: связевая схема

Обрушение каркаса жилого дома в Баку (27. 08. 2007) Строительство вела организация, которая не имела лицензии. Арматуру укладывали «без расчёта, по личному опыту и как можно более равномерно» .

Обрушение каркаса жилого дома в Баку (27. 08. 2007)

Обрушение каркаса жилого дома в Баку (27. 08. 2007)

Обрушение каркаса жилого дома в Баку (27. 08. 2007)

Обрушение каркаса жилого дома в Баку (27. 08. 2007)

Конструктивные требования норм к армированию Кроме расчётных требований к армированию Коэффициент (или процент) армирования железобетонных конструкций существуют также железобетонных элементов – это отношение конструктивные правила, которые обеспечивают площади сечения рабочей арматуры As к соблюдение принятых в расчёте предпосылок и рабочей площади сечения бетона bh 0, учитывают особенности работы конструкций, не выраженное в долях (или процентах): отражённые в расчёте. Конструктивные требования установлены на основе экспериментальных данных, опыта h 0 проектирования и строительства, инженерной интуиции. Основные конструктивные требования норм регламентируют: As а • Минимальную толщину защитного слоя b бетона; • Минимальные и максимальные Процент армирования железобетонных расстояния между стержнями арматуры; элементов должен быть во всех случаях не менее: • Минимальное и максимальное содержание арматуры (диаметр 0, 05% - по старому СНи. П; арматуры и процент армирования 0, 10% - по новому СП. сечения); во внецентренно сжатых элементах - • Условия анкеровки арматуры. 0, 10… 0, 25% (чем больше гибкость, тем выше min).

Конструктивные требования норм к армированию Защитный слой бетона – толщина Минимальное расстояние между стержнями слоя бетона от грани элемента до арматуры обеспечивает ближайшей поверхности • качественное бетонирование (поэтому зависит от арматурного стержня. расположения арматуры по отношению к Защитный слой бетона обеспечивает направлению укладки бетона), • защиту арматуры от коррозии и • сцепление арматуры и бетона (поэтому зависит от нагрева при пожаре (поэтому диаметра арматуры). зависит от условий Расстояние между гранями стержней продольной эксплуатации и требуемой арматуры должно составлять не менее диаметра огнестойкости конструкции), арматуры ds и не менее 25 мм для нижней арматуры и • сцепление арматуры и бетона 30 мм для верхней арматуры (при горизонтальном (поэтому зависит от диаметра расположении стержней в один или два ряда). арматуры). В стеснённых условиях допускается укладка стержней Защитный слой бетона ab должен вплотную друг к другу. составлять не менее диаметра арматуры ds и не менее 10… 20 мм (в зависимости от вида конструкции), в подошве фундамента – не менее 30… 70 мм (в зависимости от наличия подготовки подошвой).

Конструктивные требования к продольному армированию Максимальное расстояние между Вязаные каркасы: стержнями арматуры обеспечивает равномерность распределения усилий в стержнях и восприятие случайных напряжений (от усадки бетона, от местных воздействий), поэтому зависит от размеров сечения и вида конструкции. Расстояние между осями стержней продольной арматуры должно составлять во всех случаях не более Сварные каркасы: 400 мм, в балках и плитах – не более 200 мм (при высоте h 150 мм); не более 400 мм и не более 1, 5 h (при h > 150 мм).

Конструктивные требования к поперечному армированию Максимальный шаг (расстояние между осями) стержней поперечной арматуры в балках и плитах должен Размещение поперечной арматуры: составлять: по старому СНи. П: на приопорных участках длиной L/4: L/4 L/2 L/4 не более (1/2)h и не более 150 мм (при h 450 мм); Почему возле опор шаг поперечной не более (1/3)h и не более 500 мм (при h > 450 мм); арматуры уменьшается? на остальной части пролёта: Вязаные каркасы: не более (3/4)h и не более 500 мм. по новому СП: Если поперечная арматура требуется по расчёту: не более 0, 5 h и не более 300 мм; Если поперечная арматура по расчёту не требуется: не более 0, 75 h и не более 500 мм. В ряде случаев (в плитах h 300 мм, в балках h 150 мм) поперечную арматуру устанавливать не требуется. Сварные каркасы: Минимальный диаметр поперечной арматуры Диаметр поперечной арматуры dsw во всех случаях должен составлять не менее (1/4) диаметра продольной арматуры ds и не менее 5 -6 мм. Рекомендуется принимать dsw (1/3)ds.

Конструктивные требования к армированию сжатых элементов hk Узел А Поперечное армирование Узел А a сжатых элементов ds/2 устанавливается в dsw hk целях: • Предотвращения выпучивания продольных a стержней; s • Сдерживания поперечных поперечная деформаций бетона; s продольная • Образования пространственных арматурных каркасов. Максимальный шаг (расстояние между осями) стержней поперечной арматуры в сжатых элементах должен составлять не более 500 мм и не более 15 ds (где ds – диаметр продольной арматуры). Диаметр продольной арматуры сжатых элементов должен быть не менее 12 мм, в монолитных колоннах – не менее 16 мм. В местах передачи сосредоточенных сжимающих усилий предусматривается косвенное армирование.

Конструктивные требования к армированию колонн Поперечная арматура должна охватывать стержни продольной арматуры и быть приваренной к ним (либо иметь на концах крюки). Продольные стержни (по крайней мере через один) должны быть соединены поперечной арматурой.

Сцепление арматуры с бетоном Среднее напряжение сцепления bond, m Силы сцепления обеспечивают совместность деформирования арматуры и бетона. Величина сил сцепления зависит от прочности бетона, профиля и качества поверхности арматуры. ds Арматура с ржавой поверхностью характеризуется меньшим ls сцеплением. Максимальное напряжение bond, max Длина заделки стержня ls Выдёргивание стержня из бетона не Напряжения в арматуре по длине произойдёт, пока усилие в арматуре будет заделки передаются на бетон уравновешиваться усилиями сцепления: 1 – коэффициент, учитывающий влияние профиля арматуры ( 1 = 1, 5… 2, 8): где Abond – площадь поверхности контакта 1, 5 – для А 240; 2, 0 – для В 500; арматуры и бетона; us – периметр стержня; 2, 25 – для импортной арматуры; ls – длина заделки; Rbond – расчётное 2, 5 – для А 400, А 500; 2, 8 – для А 500 СП; сопротивление сцеплению: 2 = 1 при диаметре арматуры ds 32 мм.

Длина анкеровки арматуры Если стержень заделан в бетон на длину l l 0, an , то Анкеровка – это закрепление никаким усилием его невозможно выдернуть из концов арматуры в бетоне. бетона: в стержне либо наступит текучесть, либо он выдернется вместе с бетоном. Длина анкеровки уменьшается: • с уменьшением диаметра арматуры (ds); • с понижением класса арматуры (Rs); где lan – длина анкеровки арматуры – • с применением более эффективного профиля минимальная длина заделки, при которой арматуры ( 1); усилие в арматуре N полностью передаётся за счёт сил сцепления на бетон. • с повышением класса бетона (Rbt). Требуемая длина анкеровки меньше базовой, если Базовая длина анкеровки l 0, an соответствует арматура недогружена: случаю, когда стержень нагружен предельным усилием N = Rs. As: где As, cal , As, ef – площадь сечения арматуры соответственно требуемая по расчёту и фактически установленная; – коэффициент, учитывающий влияние напряжённого состояния (растяжение/сжатие), профиля арматуры и дополнительных анкерующих l 0, an 30 ds для арматуры класса А 400 устройств: для растянутой арматуры периодического профиля = 1, для сжатой арматуры = 0, 75.

Дополнительные анкерующие устройства «крюк» «лапка» Если анкеровку стержня невозможно обеспечить заделкой на требуемую длину, применяют дополнительные анкерующие устройства: • отгибы (крюки, лапки) – обязательны «петля» для гладкой растянутой арматуры; • приваренные поперечные стержни; • коротыши, шайбы и др. не менее 10 d Анкеровка установкой шайб, приваркой Анкеровка приваркой поперечных стержней деталей, устройством высаженных головок

Стык арматуры внахлёстку Требуемая длина нахлёстки (перепуска) стержней в стыках арматуры без сварки: где для растянутой арматуры периодического профиля = 1, 2 , для сжатой арматуры = 0, 9.

Винтовые (муфтовые) стыки арматуры в каркасе башни «Федерация» ММДЦ «Москва-Сити»

Армирование жёстких узлов Равнодействующая стремится оторвать защитный слой «вуты» (расширения) При жёстком сопряжении арматура должна быть Почему заведена за грань элемента сверху на длину анкеровки. длина анкеровки При конструировании узла больше, чем Анкерная необходимо учитывать знак снизу? шайба изгибающего момента.

Строповочные петли Почему для монтажных петель применяют только арматуру класса А 240. У этого класса арматуры самые высокие пластические свойства, которые позволяют загибать стержни с малыми радиусами кривизны. Если аналогичные петли выполнять из более прочной стали, в них могут появиться трещины, которые приведут к излому петель. Трещины в петлях наиболее опасны в процессе подъёма конструкции. Размеры крюков и лапок

Что лучше: увеличивать количество стержней или их диаметр? Почему с увеличением диаметра арматуры увеличивается ширина раскрытия трещин в конструкциях. При увеличении диаметра арматуры в 2 раза площадь сечения увеличивается в 2 2 = 4 раза, усилие в ней также возрастает в 4 раза, а периметр увеличивается только в 2 раза. Таким образом, увеличение контакта арматуры с бетоном отстаёт от роста усилия, поэтому при одинаковых напряжениях в арматуре с увеличением диаметра ухудшается сцепление и возрастает раскрытие трещин.

Предварительно напряжённый железобетон В предварительно напряжённых конструкциях создают начальные напряжения в процессе изготовления (до приложения внешних эксплуатационных нагрузок). Предварительные сжимающие напряжения возникают после передачи усилия предварительного натяжения арматуры на бетон. Однако реальные эпюры Поперечное Напряжения от Результирующие напряжений в бетоне сечение эксплуатационных напряжения при нелинейные: нагрузок полном обжатии Результирующие Напряжения от напряжения при предварительного неполном обжатии обжатия

Предварительно напряжённый железобетон Цель создания предварительно напряжённого железобетона: 1. Повышение трещиностойкости. В предварительно напряжённом элементе по сравнению с обычным при той же нагрузке трещин либо нет, либо у них меньшая ширина раскрытия. Чрезмерное Предварительное раскрытие трещин (свыше 0, 3… 0, 4 мм) опасно из-за возможной напряжение коррозии арматуры, поэтому предварительное напряжение не повышает прочность способствует повышению долговечности и коррозионной нормальных сечений, стойкости конструкций. однако несколько 2. Повышение жёсткости (снижение прогибов). повышает прочность 3. Создание условий для применения высокопрочной арматуры. наклонных сечений Нагрузка Предельная нагрузка Эксплуатационная нагрузка f 2 > f 1 1 Преднапряжённая 2 Обычная ж/б балка

Почему напрягаемой может быть только высокопрочная арматура Напряжения в арматуре в момент образования трещин: При напряжениях в обычной арматуре s = 200 МПа её деформации составят при этом ширина раскрытия трещин acrc не превышает предельно допустимую: где lcrc = 250… 300 мм – расстояние между трещинами; [acrc] = 0, 3… 0, 4 мм – предельная ширина раскрытия трещин. При напряжениях в высокопрочной арматуре s = 1000 МПа её деформации при этом ширина раскрытия трещин существенно превышает предельно допустимую: Чтобы уменьшить ширину раскрытия трещин, применяют предварительное напряжение.

Почему обычная арматура не может быть напрягаемой Величину предварительного напряжения арматуры рационально устанавливать как можно ближе к её нормативному сопротивлению, чтобы получить наибольший эффект. Невысокое предварительное напряжение неэффективно, так как оно почти всё будет утрачено в результате потерь. Поэтому в качестве напрягаемой применяют только высокопрочную арматуру. Высокая степень натяжения арматуры может стать причиной: в арматуре – разрыва при натяжении, проскальзывания в анкерах и захватах, появления остаточных деформаций, увеличения потерь предварительного напряжения вследствие релаксации; в бетоне – появления трещин: поперечных (на противоположной грани сечения), продольных (вдоль напрягаемой арматуры и на торцах элементов), увеличения потерь предварительного напряжения вследствие ползучести бетона. Рекомендуемый интервал значений предварительных напряжений в арматуре:

Методы создания предварительного напряжения, способы натяжения арматуры Методы создания предварительно напряжённого железобетона: 1) Натяжение арматуры на упоры формы – применяется в условиях заводского производства сборного железобетона; 2) Натяжение арматуры на бетон (на забетонированную монолитную конструкцию). Способы натяжения арматуры: 3) Механическое натяжение – винтовыми или гидравлическими домкратами; 4) Электротермическое натяжение – в результате нагрева арматуры до 300… 350 С при помощи эл. тока; не применяется для проволочной и канатной арматуры; 5) Комбинированное натяжение (электротермомеханическое); 6) Самонапряжение (использование бетонов, расширяющихся при твердении). 1 арматура 2 упор 3 анкер 4 канал 5 готовый элемент Натяжение на упоры Натяжение на бетон

Анкеровка напрягаемой арматуры Стержни периодического профиля и арматурные канаты при натяжении на упоры не требуют специальных анкеров (самоанкерующаяся арматура). Арматура при натяжении на бетон и гладкая высокопрочная проволока (арматурные пучки) всегда закрепляются в бетоне анкерами. Чтобы бетон не раскалывался в месте передаче на него сосредоточенных усилий, у торцов элементов устанавливают закладные детали или дополнительные сетки.

Домкраты и анкера для напрягаемой арматуры Схема домкрата двойного действия 1 - патрубок для подачи масла; 2 - зажимы для проволок Анкер с конической пучка; 3 - упор; 4 - коническая пробка; 5 - анкерная колодка; пробкой 6 - бетон конструкции; 7 - арматурный пучок; 8 - полость, заполняемая при запрессовке пробки; 9 - полость, заполняемая при запрессовке пучка Анкер с гайкой (для стержневой арматуры) Схема домкрата одиночного действия

Предварительно напряжённые мостовые конструкции а) 1 – обмазка битумом, освобождающая от сцепления; 2 – каркасный анкер A s = (0, 15… 0, 25)As б) As в) г) а) часть напрягаемой арматуры у опор специально в) наклонное расположение напрягаемой г) напряжённая исключается из работы; арматуры вызывает появление поперечная арматура поперечных сил, направленных гасит главные б) устанавливается напрягаемая арматура в зоне, противоположно поперечным силам от растягивающие сжатой при действии эксплуатационных нагрузок; внешней нагрузки; напряжения.

Предварительно напряжённые мостовые конструкции К напрягаемой арматуре нельзя привать Армирование стержневой и другие стержни, так как напрягаемая арматура проволочной арматурой является высокопрочной, а термическое воздействие при сварке приводит к снижению прочности. Каркасно-стержневой анкер

Передаточная прочность бетона. Потери предварительного напряжения в арматуре Передаточная прочность бетона Rbp – это В предварительно напряжённых прочность бетона к моменту его обжатия усилием конструкциях используются более натяжения арматуры. высокие классы бетона, что позволяет повысить трещиностойкость Передаточная прочность бетона должна быть не менее сечений при обжатии (повысив Rbp) и 50% принятого класса бетона по прочности на сжатие снизить величину потерь. и не менее 15 МПа. Виды потерь предварительного напряжения в Потери при арматуре механическом электротермическом способе натяжения Первые потери – sp 1 – от релаксации напряжений + происходящие арматуры при натяжении арматуры sp 2 – от перепада температур + арматуры и упоров формы sp 3 – от деформации упоров + - формы sp 4 – от деформации анкеров + - Вторые потери – sp 5 – от усадки бетона + происходящие после обжатия sp 6 – от ползучести бетона + Суммарная величина потерь принимается не менее 100 МПа

Пожар на Останкинской телевизионной башне

Пожар на Останкинской телевизионной башне (27. 08. 2000) Пожар начался на высоте 430 м, в антенной части башни, в результате замыкания в одном из фидеров, которое привело к воспламенению горючей ПВХ-изоляции. Перекрытия в местах прохождения фидеров имели зазоры шириной до 150 мм, поэтому пожар распространялся сверху вниз. Внутренняя поверхность железобетонного ствола и предварительно напряжённые канаты подвергались нагреву до 500°С; рабочая арматура стенки нагревалась до 200… 250°С. Из 149 предварительно напряжённых канатов после пожара не оборвались лишь 29. 1 – металлическая антенна; 2 – очаг возгорания (27 августа, 14 ч); 3 – ресторан и смотровые площадки; 4 – железобетонный ствол башни; 5 – шахта высокочастотных фидеров; 6 – направление горения изоляции фидеров; 7 – направление теплового потока; 8 – место тушения пожара (28 августа, 12 ч); 100 -500° С – температура нагрева внутренней поверхности бетона ствола башни.

Напрягаемая и ненапрягаемая арматура в конструкции Останкинской телевизионной башни Размещение напрягаемой ненапрягаемой арматуры

Многопустотная плита перекрытия

Рёбристая плита перекрытия 1, 5 х6 м

Ригель перекрытия

Ригель перекрытия

ОПЗ

Стропильная двускатная решётчатая балка

Безраскосная ферма

Сегментная ферма

Колонны

Сборно-монолитное перекрытие

Сборно-монолитное перекрытие

Сборно-монолитная система «FILIGRAN» Преимущества сборно- монолитного железобетона [+] Все преимущества сборного ж. б. , а также • не требуется опалубка; • гладкая поверхность стен; • возможность использования имеющейся производственной базы сборных ЖБИ.

«FILIGRAN» в Москве

«FILIGRAN» в Москве

«FILIGRAN» в Москве

«FILIGRAN» в Москве

«FILIGRAN» в Москве