1. Сущность железобетонных конструкций



ЛЕКЦИЯ 1


1. Суть железобетонных конструкций.

Железобетон представляет собой искусственный композитный материал, в каком целенаправлено употребляются характеристики бетона, отлично сопротивляющегося сжимающим усилиям, и арматуры, выполненной из стали, углепластика, древесной породы и т.д. Так, к примеру 1. Сущность железобетонных конструкций, опора, свободнолежащая на 2-ух опорах, разрушается при относительно маленьких нагрузках вследствии того, что в нижней растянутой зоне бетон добивается предела прочности на растягивающие усилия и в нем образуются трещинкы, тогда как в 1. Сущность железобетонных конструкций верхней сжатой зоне крепкость бетона еще далека от предельного состояния сжатию. Если же в растянутую зону ввести маленькое количество железных стержней (обычно до 3% площади сечения бетона), то при достижении в бетоне предельных напряжений 1. Сущность железобетонных конструкций все растягивающие усилия будет принимать арматура, и несущая способность железобетонной балки в сопоставлении с аналогичной бетонной опорой увеличивается во много раз. Потому при расчете и конструировании железобетонных конструкций обычно 1. Сущность железобетонных конструкций растягивающие усилия передаются на арматуру, а сжимающие – на бетон. В целом арматура и бетон в железобетонных конструкциях работают вместе.

Сборные железобетонные конструкции получили обширное распространение, потому что их применение дает возможность индустриализации и наибольшей 1. Сущность железобетонных конструкций механизации строительства. При изготовлении сборных конструкций в промышленных критериях можно обширно использовать более прогрессивную технологию изготовления, укладки и обработки бетонной консистенции, заавтоматизировать создание, упростить строй работы. В особенности эффективен сборный 1. Сущность железобетонных конструкций железобетон при членении сооружения на маленькое количество разных типов циклических частей.

Цельные железобетонные конструкции находят обширное применение в сооружениях, тяжело поддающихся членению и унификации, к примеру в неких гидротехнических сооружениях, томных фундаментах, плавательных 1. Сущность железобетонных конструкций бассейнах, в сооружениях, выполняемых в передвижной либо скользящей опалубке (оболочки покрытий, силосы и т.п.)

Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой сочетание сборных частей и цельного бетона, укладываемого на месте строительства.

Обычно 1. Сущность железобетонных конструкций сборные элементы образуют опалубку для цельного бетона, что ведет к уменьшению расхода леса на опалубку.

Сборно-монолитный железобетон применяется в конструкциях покрытий и перекрытий построек, в гидротехническом и транспортном строительстве и в особенности 1. Сущность железобетонных конструкций, если сооружению нужно придать неразрезанность и твердость.


^ 2. Базы совместной работы бетона и арматуры.

Совместная работа бетона и арматуры при разных воздействиях обуславливаются последующими факторами: наличием значимых сил сцепления меж бетоном и металлической 1. Сущность железобетонных конструкций арматурой; практически схожими значениями коэффициентов температурной деформации стали и бетона, вследствие чего при изменении температуры в конструкциях не появляются внутренние усилия, которые могут нарушить сцепление меж арматурой и бетоном; неплохой защитой бетоном арматуры 1. Сущность железобетонных конструкций от коррозии и огня.


^ 3. Достоинства и недочеты железобетонных конструкций,

область их внедрения.

Огромное распространение железобетона в современном строительстве вызвано, сначала, его значительными техническими и экономическими преимуществами в сопоставлении с другими строй 1. Сущность железобетонных конструкций материалами.

До 70-80% массы железобетона составляют местные каменные материалы (песок, гравий либо щебень). Подмена железных и древесных конструкций железобетонными позволяет экономнее расходовать в строительстве сталь и древесную породу, неподменные в других отраслях 1. Сущность железобетонных конструкций народного хозяйства.

В особенности значимый технико-экономический эффект достигается при применении сборного и за ранее напряженного железобетона, изготовляемого промышленными способами на предприятиях и полигонах.

Железобетон обладает рядом принципиальных технических преимуществ. Сначала он 1. Сущность железобетонных конструкций отличается исключительной долговечностью благодаря надежной сохранности арматуры, заключенной в бетон. Крепкость же бетона с течением времени не только лишь не миниатюризируется, но даже может возрости.

Железобетон отлично сопротивляется атмосферным воздействиям, что в 1. Сущность железобетонных конструкций особенности принципиально при строительстве открытых инженерных сооружений (эстакады, мачты, трубы, мосты и др.).

Конструкции из железобетона владеют высочайшей огнестойкостью. Практика показала, что слой защиты бетона шириной 1,5-2 см достаточен для обеспечения огнестойкости железобетонных 1. Сущность железобетонных конструкций конструкций при пожаре.

Железобетонные конструкции, благодаря их монолитности и большей жесткости по сопоставлению с конструкциями из других материалов, отличаются очень высочайшей сейсмостойкостью.

Железобетону могут быть приданы любые целесообразные конструктивные и строительные формы. Эксплуатационные 1. Сущность железобетонных конструкций расходы по содержанию сооружений и уходу за конструкциями очень низки.

По затратам времени на изготовка и установка сборные железобетонные конструкции могут соперничать со железными, в особенности при изготовлении железобетонных конструкций способом проката 1. Сущность железобетонных конструкций, кассетным методом, при монтаже с колес и применении других прогрессивных способов производства и монтажа.

К недочетам железобетонных конструкций следует отнести:

относительно большой свой вес;

сравнимо высшую тепло- и звукопроводность, требующую в 1. Сущность железобетонных конструкций неких случаях устройства специальной изоляции;

сложность производства работ, в особенности в зимнее время, и при изготовлении за ранее напряженных конструкций, потребность в обученных кадрах, особом оборудовании;

возможность возникновения трещинок до приложения эксплуатационной нагрузки, также 1. Сущность железобетонных конструкций от деяния наружных нагрузок из-за низкого сопротивления бетона растяжению.


^ 4. Материалы для железобетонных конструкций.

Бетон – искусственный камневидный материал, получаемый в итоге твердения на воздухе, в воде либо других средах консистенции 1. Сущность железобетонных конструкций вяжущего (цемента с водой, раствора полимерных смол либо клеев) и заполнителя (щебня, гравия, песка, шлака).

Чтоб прирастить сопротивление бетона воздействию брутальной среды и повысить долговечность конструкций при неких особенных критериях эксплуатации ,используют особые виды 1. Сущность железобетонных конструкций цемента - сульфатостойкий, солестойкий, пуццолановый, быстротвердеющий, расширяющейся, самонапрягающийся. Индустрия, выпускает цементы в главном сероватого цвета, но могут быть и других цветов, применяемых в декоративных целях. Заполнитель бетона может быть естественным (щебень, камень, песок 1. Сущность железобетонных конструкций) либо искусственным (керамзит, аглопорит, перлит).

Систематизация:

По структуре – бетоны плотной структуры, у неких место меж зернами заполнителя вполне занято затвердевшим вяжущим: крупнопористые малопесчаные и беспесчаные; поризованные, т.е. заполнителями 1. Сущность железобетонных конструкций и искусственными пористостью затвердевшего вяжущего; ячеистые с искусственно сделанными замкнутыми порами.

По плотности >2500 кг/м3 (особо томные); 2200 кг/м3 <<2500 кг/м3 (томные); 1800 кг/м3 <<2200 кг/м3 (тонкодисперсные); 800 кг/м3 <<2000 кг/м3(легкие).

По виду заполнителя 1. Сущность железобетонных конструкций – на плотных заполнителях; пористых особых, удовлетворяющих требованиям био защиты, жаростойкости и др.

По зерновому составу – крупнозернистый, с большим и маленьким заполнителем; тонкодисперсный, с маленьким заполнителем.

По условиям твердения – бетон естественного 1. Сущность железобетонных конструкций твердения; бетон, подвергаемый тепловлажной обработке и атмосферным давлениям; бетон, подвергаемый автоклавной обработке.


^ 5. Прочностные характеристики бетона.

Потому что бетон представляет собой неоднородный материал, наружняя нагрузка делает в нем сложное напряженное состояние. В бетонном образчике 1. Сущность железобетонных конструкций, подвергнутом сжатию, напряжения концентрируются на более жестких частичках, владеющих огромным модулем упругости, вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц появляются усилия, стремящиеся нарушить их связь. В резуль­тате в бетонном 1. Сущность железобетонных конструкций образчике, подвергнутом осевому сжатию, не считая продольных сжимающих напряжений появляются и поперечные растягивающие напряжения.

Разрушение сжимаемого эталона, как демонстрируют опыты, появляется вследствие разрыва бетона в попереч­ном направлении. Поначалу по всему объему появляются 1. Сущность железобетонных конструкций микроскопичные трещинкы отрыва, которые с ростом нагрузки соединяются, образуя видимые трещинкы, парал­лельные (либо с маленьким наклоном) направлению дей­ствия сжимающих сил (рис. 1. б). Потом трещинкы рас­крываются, что сопровождается кажущимся повышением объема 1. Сущность железобетонных конструкций, и, в конце концов, наступает разрушение бетона. Гра­ница образования таких структурных микроразрушений под действием нагрузки можно найти по результа­там ультразвуковых измерений. Скорость распростране­ния ультразвуковых колебаний о, направленных 1. Сущность железобетонных конструкций поперек линий деяния сжимающих напряжений, миниатюризируется с развитием микротрещин в бетоне. Началу уменьшения скорости ультразвука соответствует сжимающее напря­жение в бетоне R°сгс (сопротивление сжатию), при ко­тором начинается образование микротрещин (рис 1. Сущность железобетонных конструкций. 1.2). По значению напряжения R°crc судят о прочностных и деформативных свойствах бетона.



Рис. 1. Схема напряженного состояния бетонного эталона при сжатии.

а- концентрации самоуравновешенных напряжений вокруг микропор и полостей; б – трещинкы разрыва бетона в поперечном направлении 1. Сущность железобетонных конструкций при осевом сжатии призмы



Рис. 1.2. К определению сжимающих напряжений в бетоне на границе макроразрушений по результатам ультразвуковых измерений.


Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием методов изготовления, приводит к тому, что при испытании 1. Сущность железобетонных конструкций образцов, сделанных из одной и той же бетонной консистенции, получают неодинаковые характеристики прочности. Крепкость бетона находится в зависимости от ряда причин, основными из которых являются: технологические причины; возраст и 1. Сущность железобетонных конструкций условия тверде­ния; форма и размеры эталона; вид напряженного со­стояния и продолжительность воздействия.


^ Кубиковая крепкость.

При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении (рис. 1.3. а). Наклон трещинок разрыва обоснован 1. Сущность железобетонных конструкций сила­ми трения, которые развиваются на контактных поверх­ностях — меж подушками пресса и гранями куба. Си­лы трения, направленные вовнутрь, препятствуют свобод­ным поперечным деформациям куба и делают эффект обоймы. Удерживающее воздействие 1. Сущность железобетонных конструкций сил трения по мере уда­ления от торцевых граней куба миниатюризируется, потому после разрушения куб приобретает форму 4 усе­ченных пирамид, сомкнутых малыми основаниями. Если при осевом сжатии куба убрать воздействие сил трения смазкой контактных 1. Сущность железобетонных конструкций поверхностей, поперечные деформа­ции появляются свободно, трещинкы разрыва становятся вертикальными, параллельными действию сжимающей силы, а временное сопротивление миниатюризируется приблизительно в два раза (рис. 1.3,6). Согласно эталону кубы испытыва­ют без смазки 1. Сущность железобетонных конструкций контактных поверхностей.



Рис. 1.3. Нрав разрушения бетонных кубов

а- при трении по опорным плоскостям; б – при отсутствии силы трения;1 – силы трения; 2 – трещинкы; 3 – смазка


Опытами установлено, что крепкость бетона 1-го и такого же состава находится 1. Сущность железобетонных конструкций в зависимости от размера куба: если времен­ное сопротивление сжатию бетона для базисного куба с ребром 150 мм равно R, то для куба с ребром 200 мм оно миниатюризируется примерно до 0,93R, а для куба 1. Сущность железобетонных конструкций с ребром 100 мм — возрастает до 1,1R. Это объясня­ется конфигурацией эффекта обоймы с конфигурацией размеров куба и расстояния меж его торцами.


^ Призменная крепкость.

Так как железобе­тонные конструкции по форме отличаются от кубов, в 1. Сущность железобетонных конструкций рас­четах их прочности не может быть конкретно ис­пользована кубиковая крепкость бетона. Основной харак­теристикой прочности бетона сжатых частей является призменная крепкость Rb — временное сопротивление осе­вому сжатию бетонных призм 1. Сущность железобетонных конструкций. Опыты на бетонных приз­мах со стороной основания а и высотой к проявили, что призменная крепкость бетона меньше кубиковой и она миниатюризируется с повышением дела h/а (рис. 1.4).



Рис.1.4. График зависимости 1. Сущность железобетонных конструкций призменной прочности бетона от дела размеров испытываемого эталона.


Крепкость бетона на осевое растяжение.

Она находится в зависимости от прочности цементного камня на растяжение и сцепле­ния его с зернами заполнителями. Согласно опытным данным, крепкость 1. Сущность железобетонных конструкций бетона на растяжение в 10...20 раз меньше, чем при сжатии, при этом относительная крепкость на растяжение миниатюризируется с повышением класса бето­на. Увеличение прочности бетона на растяжение может быть достигнуто повышением расхода цемента 1. Сущность железобетонных конструкций, уменьше­нием W/С, применением щебня с шероховатой поверх­ностью.

Временное сопротивление бетона осевому растяжению (МПа) можно найти по эмпирической формуле

Rbt = 0,233

Вследствие неоднородности структуры бетона эта фор­мула не всегда 1. Сущность железобетонных конструкций дает правильные значения Rbt. Более точно значение Rbt определяют испытаниями: на раз­рыв — образцов в виде восьмерки, на раскалывание — образцов в виде цилиндров, на извив — бетонных балок (рис. 1.5). По разрушающему моменту бетонной 1. Сущность железобетонных конструкций балки определяют

Rbt = M/W = 3,5М/bh2 (1.2)

где W = bh2/6 — момент сопротивления прямоугольного сечения;

x=1,7 — множитель, учитывающий криволинейный нрав эпюры напряжений в бетоне растянутой зоны сечения вследствие развития неупругих деформаций.



Рис. 1.5. Схемы тесты образцов 1. Сущность железобетонных конструкций для определения прочности бетона при осевом растяжении.а – на разрыв; б – на раскалывания; в – на извив


^ Крепкость бетона на срез и скалывание.


В чистом ви­де срез представляет собой разделение элемента на 1. Сущность железобетонных конструкций две части по сечению, к которому приложены перерезываю­щие силы. При всем этом существенное сопротивление срезу оказывают зерна больших наполнителей, работающие, как шпонки, в плоскости среза. При срезе рассредотачивание напряжений по площади сечения 1. Сущность железобетонных конструкций считается равномерным. Временное сопротивление бетона на срез можно опреде­лить по эмпирической зависимости Rsh = 2Rbt.

В железо­бетонных конструкциях незапятнанный срез встречается изредка; обычно он сопровождается действием продольных сил.

Сопротивление 1. Сущность железобетонных конструкций бетона скалыванию появляется при из­гибе железобетонных балок до возникновения в их наклон­ных трещинок. Скалывающие напряжения но высоте се­чения меняются по квадратной параболе. Временное сопротивление скалыванию при извиве, согласно опыт­ным данным 1. Сущность железобетонных конструкций, в 1,5...2 раза больше Rbt.


^ 6. Классы и марки бетона.

Зависимо от назначе­ния железобетонных конструкций и критерий эксплуата­ции устанавливают характеристики свойства бетона, основ­ными из которых являются: класс по прочности на 1. Сущность железобетонных конструкций осевое сжатие В; указывают в проекте во всех случаях как основную характеристику; класс по прочности на осевое растяжение Bt, назна­чают в тех случаях, когда эта черта имеет гла­венствующее значение и 1. Сущность железобетонных конструкций контролируется на производстве; марка по морозостойкости F; назначают для конст­рукций, подвергающихся в увлажненном состоянии дей­ствию попеременных замораживания и оттаивания (от­крытые конструкции, ограждающие конструкции и т. п.); марка по водонепроницаемости W 1. Сущность железобетонных конструкций; назначают для конструкций, к которым предъявляются требования огра­ниченной проницаемости (резервуары и т. п.); марка по средней плотности D; назначают для конст­рукций, к которым не считая требований прочности предъявляются требования термоизоляции 1. Сущность железобетонных конструкций, и держут под контролем на производстве.

Данные класс и марку бетона получают подходящим подбором состава бетонной консистенции с последую­щим испытанием контрольных образцов.

^ Классом бетона по прочности на осевое сжатие В(МПа 1. Сущность железобетонных конструкций) именуется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных в со­ответствии со эталоном через 28 суток хранения при тем­пературе 20+2 °С с учетом статистической изменчивости прочности,

Сроки твердения 1. Сущность железобетонных конструкций бетона устанавливают так, чтоб требуемая крепкость бетона была достигнута к моменту загружения конструкции проектной нагрузкой. Для мо­нолитных конструкций на обыкновенном портландцементе этот срок, обычно, принимается 28 сут. Для частей сборных конструкций промышленного производства отпускная крепкость 1. Сущность железобетонных конструкций бетона может быть ниже его класса; она уста­навливается по эталонам и техническим условиям в за­висимости от критерий транспортирования, монтажа, сро­ков загружения конструкции и др.

Классы и марка бетона 1. Сущность железобетонных конструкций для железобетонных конст­рукций:

а) ^ Классы по прочности на сжатие:

для томных бетонов — В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

для тонкодисперсных бетонов групп:

А 1. Сущность железобетонных конструкций — (на песке с модулем крупности 2,1 и поболее) — те же в спектре от В7,5 до В40;

Б — (на песке с модулем крупности 2 и наименее) -— те же в спектре от В7,5 до В30;

В 1. Сущность железобетонных конструкций — (подвергнутого автоклавной обработке) — те же в спектре от В15 до В60;

для легких бетонов при марках по средней плотности;

D800, D900 — В3,5; В5; В7,5;

D1000, D1100 — В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5;

D1200,D1300 — В 1. Сущность железобетонных конструкций3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15;

D1400,D1500 — В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15...В30;

D1600,D1700 — В5; В7,5; В10; В12,5; В15...В35;

D1800,D1900 — В10; В12,5; В15...В40;

D2000 — В 1. Сущность железобетонных конструкций20...В40.

б) Классы бетона по прочности на осевое растяжение: В0,8; В1,2; В1,6; В2; В2,4; Вt2,8; В3,2. Они ха­рактеризуют крепкость бетона на осевое растяжение (МПа) по нормам с учетом статической изменчивости 1. Сущность железобетонных конструкций прочности:

Bt=Rbtm(1-1.64VRbtm) (1.4)

При растяжении принято Vbtm=0,165.

в) Марки бетона по морозостойкости.

Они характеризуются числом выдерживаемых бето­ном циклов попеременных замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. При понижении прочности менее чем на 15 %:

тяжкий 1. Сущность железобетонных конструкций и тонкодисперсный бето­ны — F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500;

лег­кий бетой —F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500;

ячеистый и поризированный бетоны — F 1. Сущность железобетонных конструкций15, F25, F35, F50, F75, F100.

г) Марки бетона по водонепроницаемости: W2; W4;W6; W8; W10; W12. Они характеризуются предельным давлением воды (кг/см2), при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытываемый 1. Сущность железобетонных конструкций эталон.

д) ^ Марки бетона по средней плотности (кг/м3): тяжкий бетон от D2200 до D2500; легкий бетон от D800 до D2000; поризованный бетон от D800 до D1400; градация 100 для всех марок.

Рациональные 1. Сущность железобетонных конструкций класс и марку бетона выбирают па ос­новании технико-экономических суждений в зависимо­сти от типа железобетонной конструкции, ее напряжен­ного состояния, метода производства, критерий эксплуа­тации и др. Рекомендуется принимать 1. Сущность железобетонных конструкций класс бетона для железобетонных сжатых стержневых частей — не ниже В15; для конструкций, испытывающих значитель­ные сжимающие усилия (колонн, арок и т. п.) — В20...В30; для за ранее напряженных конструк­ций зависимо от вида напрягаемой арматуры 1. Сущность железобетонных конструкций — В20 — В40; для изгибаемых частей без предваритель­ного напряжения (плит, балок)—В15. Для железобе­тонных конструкций нельзя использовать: тяжкий и мел­козернистый бетоны класса по прочности на сжатие ниже 7,5; легкий бетон 1. Сущность железобетонных конструкций класса по прочности на сжатие ни­же 3,5.

Легкие бетоны на пористых заполнителях и цемент­ном вяжущем при схожих классах и марках по мо­розостойкости и водонепроницаемости используют в сбор­ных и 1. Сущность железобетонных конструкций цельных железобетонных конструкциях на­равне с томными бетонами. В почти всех случаях они очень эффективны, потому что приводят к понижению мас­сы конструкций.


^ 7. Деформативные характеристики бетона.

Виды деформаций.

В бетоне различают 1. Сущность железобетонных конструкций деформации 2-ух главных видов: большие, развивающиеся во всех направлениях под воздействием усадки, конфигурации темпера туры и влажности: силовые, развивающиеся основным об­разом повдоль направления деяния сил. Силовым про­дольным деформациям соответствуют некие попе­речные деформации 1. Сущность железобетонных конструкций; исходный коэффициент поперечной деформации бетона v=0,2 (коэффициент Пуассона).



Рис. 1.6. Диаграмма зависимости меж напряжениями и деформа­циями в бетоне при сжатии и при растяжении.

Ι— область упругих деформаций; ΙΙ — область пластических деформации 1. Сущность железобетонных конструкций; 1 — загрузка; 2 — разгрузка; εub — предельная сжимаемость;εubt —предельная растяжимость; εbmax -максимальная сжимаемость на нисходящей вет­ви диаграммы.


Бетону характерно нелинейное деформирование. На­чиная с малых напряжений, в нем, кроме упругих де­формаций, развиваются 1. Сущность железобетонных конструкций неупругие остаточные либо пла­стические деформации. Потому силовые деформации зависимо от нрава приложения нагрузки и дли­тельности ее деяния подразделяют на три вида: при однократном загружении краткосрочной нагрузкой, продолжительном действии нагрузки; неоднократно повторяю 1. Сущность железобетонных конструкций­щемся действии нагрузки.

Большие деформации.


По данным опытов для тя­желых бетонов деформации, вызванные усадкой εsl=3· 10-4 и поболее, для бетонов на пористых заполнителях εsl ≈ 4,5·10-4. Деформация бетона при набухании мень­ше, чем при усадке.

Деформации 1. Сущность железобетонных конструкций бетона, возникающие под воздействием из­менения температуры, характеризуются коэффициентом линейной температурной деформации бетона άbt. При изменении температуры среды от —50 °С до +50 °С для томного, тонкодисперсного бетонов и бетона на пористых 1. Сущность железобетонных конструкций заполнителях с кварцевым песком αbt = 1·10-5 оС-1; для легких бетонов на маленьких пористых заполнителях αbt = =0,7·10 -5 °С -1. Этот коэффициент находится в зависимости от вида це­мента, наполнителей влажностного состояния бетона и может изменяться в границах 1. Сущность железобетонных конструкций ±30 %,

При однократном загружении бетон­ной призмы краткосрочно приложенной нагрузкой де­формации бетона

εb = εe + εрl , (1.5)

т. е. она складывается из упругой деформации εe и не­упругой пластической деформации εрl (рис. 1.6.). Не 1. Сущность железобетонных конструкций­большая толика неупругих деформаций в течение некоторо­го периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %).

Упругие деформации бетона соответ­ствуют только моментальной скорости загружения эталона, в то время как неупругие деформации развиваются во времени 1. Сущность железобетонных конструкций. С ускорением загружения υ при од­ном и том же напряжении σb неупругие деформации уменьшаются .

При растяжении бетонного эталона также появляется деформация, складывающаяся из упругой έet и пластической εPl,,t де­формаций.

εbt=εet 1. Сущность железобетонных конструкций+εрl,t,


Модуль деформаций и мера ползучести бетона

Исходный модуль упругости бетона при сжатии Еь соответствует только упругим деформациям, возникающим при моментальном загружении. Геометрически он определя­ется как тангенс угла наклона прямой, упругих 1. Сущность железобетонных конструкций деформа­ций (рис. 1.7):



где  — масштабно размерный коэффициент, МПа.


Модуль полных деформаций бетона при сжатии Еь соответствует полным деформациям (включая ползу­честь) и является величиной переменной; геометрически он определяется как тангенс угла наклона касательной 1. Сущность железобетонных конструкций к кривой b—b в точке с данным напряжением



Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем либо модулем упругопластичности бето­на:





Рис. 1.7 Схема для определения модуля деформации бетона

^ 1– упругие деформации; 2– секущая; 3– касательная; 4 – полные деформации 1. Сущность железобетонных конструкций.


Так как угол 1 изменяется зависимо от напряжений и времени, модуль упругопластичности являешься также переменной величиной, наименьшей, чем исходный модуль упругости.

Зависимость меж исходным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности можно установить, если 1. Сущность железобетонных конструкций выразить одно и то же напряжение в бетоне b через упругие деформации е, и полные деформации b .



Отсюда



где – коэффициент упругопластических деформаций бетона.


Предельная растяжимость бетона зависимо от временного сопротивления растяжению 1. Сущность железобетонных конструкций:




^ Стадии НДС железобетонных конструкций.


Напряжения и деформации железобетона при сжатии.


Железобетонные элементы, подвергаемые осевому сжатию (рис. 5.1), армируют в главном продольными и поперечными стержнями (хомутами). Последние имеют двойственное предназначение: препятствуют выпучиванию 1. Сущность железобетонных конструкций продольной арматуры при сжатии и обеспечивают соединение отдельных продольных стержней в плоские и пространственные каркасы. При осевом сжатии железобетонных частей деформации в арматуре и прилегающем слое бетона равны и могут быть выражены через 1. Сущность железобетонных конструкций напряжения :


(5.1)



Рис. 5.1. Осевое сжатие железобетонного элемента


Уравнение (5,1) представляет собой условие совместности деформаций арматуры и бетона.


С другой стороны, из условия равновесия элемента можно составить уравнение, выражающее равенство меж наружным усилием и внутренними 1. Сущность железобетонных конструкций усилиями, действующим в батоне и в продольной арматуре:

(5.2)

где Аs – площадь сечения продольной арматуры, А – площадь сечения бетона.

(5.3)


Подставляя формулу (5,3) в (5,2), получим:

(5.4)

откуда



Где μ = Аs/А - коэффициент армирования.

Напряжения в бетоне и арматуре зависят от 1. Сущность железобетонных конструкций коэффициента упругости , который связан с напряжением нелинейной зависимостью. Не считая того, коэффициент при продолжительном выдерживании элемента пол нагрузкой вследствие развития деформаций ползучести миниатюризируется, что приводит к уменьшению напряжений в бетоне. При 1. Сущность железобетонных конструкций всем этом напряжения в арматуре, как надо из условия (5,2) должны возрастать. Таким макаром, со временем происходит перераспределение внутренних усилий меж бетоном и арматурой.

При увеличении наружной нагрузки напряжения в бетоне добиваются 1. Сущность железобетонных конструкций предела прочности при сжатии Rb, а в арматуре, согласно формуле (5.3), - величины σs = Rbα/ = 4αRb. потому что при разрушении = 0,25. Из (5.3) следует, что предельные напряжения в арматуре перед разрушением железобетонных частей, подвергаемых сжатию, зависят 1. Сущность железобетонных конструкций не только лишь от механических параметров стали, да и от упругопластических параметров бетона, что учитывается при установлении расчетного сопротивления арматуры сжатию.


Напряжения и деформации железобетона при растяжении.


При осевом растяжении железобетонного 1. Сущность железобетонных конструкций элемента различают три соответствующие стадии напряженно-деформированного состояния.

В стадии I напряженно – деформативного состояния в элементе нет трещинок, напряжения в бетоне σbt ≤ Rbt и схожи во всех сечениях(рис.5.2). Деформации бетона и арматуры 1. Сущность железобетонных конструкций равны по всей длине элемента, потому что сцепление меж ними не нарушено:

(5.5)

Напряжение в арматуре

(5.6)

По мере роста нагрузки наступает конечный шаг стадии I, предыдущий образованию трещинок в бетоне. Напряжения в бетоне 1. Сущность железобетонных конструкций добиваются предела прочности на растяжение, а деформации, согласно формуле (5.5), - величины ε bt = Rbt /. На основании опытов можно принять = 0,5, тогда ε bt = 2 Rbt /, а напряжение в арматуре

= Rbt/ = 2Rbt (5.7)




Усилие, вызывающее возникновение трещинок, будет равно сумме усилий в 1. Сущность железобетонных конструкций бетоне и арматуре:

(5.8)

При предстоящем увеличении нагрузки в бетоне возникают трещинкы, наступает стадия II напряженно-деформированного состояния, при которой в сечениях, проходящих через трещинкы, сопротивление растяжению оказывает только арматура, а в 1. Сущность железобетонных конструкций сечениях меж трещинками — арматура и бетон. По мере удаления от трещинок напряжения в арматуре убывают, а в бетоне растут, потому что в работу врубается бетон, расположенный на участке меж трещинками, в границах 1. Сущность железобетонных конструкций которого сцепление с арматурой остается ненарушенным.

Для учета работы бетона на участках меж трещинками, по предложению В.И. Мурашева, вводится коэффициент ψs, представляющий из себя отношение средних напряжений σsm (либо деформаций 1. Сущность железобетонных конструкций ε sm) в арматуре на участке меж трещинками к напряжениям σ s (либо деформациям ε s) в сечениях с трещинками:

(5.9)

Зависимость меж напряжениями и деформациями в арматуре на участке меж трещинками можно представить в последующем виде 1. Сущность железобетонных конструкций:

(5.10)

где— средний модуль упругости растянутой арматуры с учетом работы бетона меж трещинками.

На рис. 5.3 показан график зависимости деформаций от напряжений в арматуре с учетом работы растянутого бетона и при удлинении свободного металла.

Средний 1. Сущность железобетонных конструкций модуль упругости арматуры Еsm графически представляет собой тангенс угла наклона секущей в точке с данным напряжением, т.е.





Рис. 5.3. Зависимость деформаций арматуры от напряжений при растяжении железобетонного элемента

В стадии III 1. Сущность железобетонных конструкций напряжения в арматуре добиваются временного сопротивления σи и железобетонный элемент разрушается при усилии




Напряжения и деформации железобетона при извиве


При извиве железобетонной балки зависимо от величины изгибающего момента в сечениях поочередно появляются разные стадии 1. Сущность железобетонных конструкций напряженно-деформированного состояния.

Стадия I. При малых нагрузках (изгибающих моментах) напряжения в бетоне и арматуре малы, в бетоне развиваются в большей степени упругие деформации. Эпюры напряжений в сжатой и растянутой зонах практически прямолинейны 1. Сущность железобетонных конструкций (рис. 5.4, а).

При увеличении нагрузки напряжения в бетоне и арматуре растут, в бетоне развиваются как упругие, так и неупругие деформации, эпюры напряжений слабо искривляются, нейтральная ось балки перемещается в сторону сжатой грани балки.

Стадия 1. Сущность железобетонных конструкций I характеризуется отсутствием трещинок в растянутом бетоне и усилия воспринимаются всем сечением. При определении напряжений допускается внедрение зависимостей сопротивления упругих материалов.





Рис. 5.4. Стадии напряженного состояния при извиве


Конечным шагом стадии 1. Сущность железобетонных конструкций являются стадия 1а, при которой напряжения в бетоне на растянутой грани балки добиваются предела прочности на растяжение Rbt.

Стадия II наступает с возникновением трещинок в растянутой зоне, так что соответствующим для этой стадии является 1. Сущность железобетонных конструкций работа железобетона при наличии трещинок. Напряжения в растянутой зоне бетона в сечении, проходящем по трещинке, принимаются равными нулю по всей высоте растянутой зоны. Маленькими растягивающими напряжениями на участке меж концом 1. Сущность железобетонных конструкций трещинкы и нейтральной осью обычно третируют. Напряжения в сжатой зоне бетона в стадии II остаются меньше призменной прочности Rb, в растянутой арматуре сначала равны σs, а на конечном шаге, т.е. в стадии IIа 1. Сущность железобетонных конструкций, способны достигать предельных Rs.

Стадия III характеризуется разрушением элемента — напряжения в сжатой зоне бетона и в растянутой арматуре добиваются предельных значений Rb и Rs. При всем этом трещинкы в растянутой 1. Сущность железобетонных конструкций зоне раскрываются, твердость балки понижается, прогибы стремительно вырастают и опора разрушается.

Нрав разрушения балок в стадии III находится в зависимости от количества и механических параметров растянутой арматуры. В нормально армированных опорах, в 1. Сущность железобетонных конструкций каких количество растянутой арматуры не превосходит определенного предела, разрушение начинается со стороны растянутой арматуры. По достижении в ней предела текучести происходит резвое нарастание пластических деформаций арматуры и прогибов балки, вследствие чего напряжения в сжатой 1. Сущность железобетонных конструкций зоне бетона добиваются предела прочности на сжатие и бетон разрушается. Таким макаром, перед разрушением железобетонного элемента в обычном сечении появляется «пластический шарнир», в каком напряжения, как в арматуре, так и в бетоне, добиваются 1. Сущность железобетонных конструкций предельных значений. На основании этого принципа (предложенного А.Ф. Лолейтом) расчетные формулы несущей возможности элемента могут быть получены из одних только критерий статики.

Если в качестве растянутой арматуры использована сталь с 1. Сущность железобетонных конструкций малым относительным удлинением при разрыве (наименее 3—4%), разрушение сжатой зоны бетона и растянутой арматуры происходит практически сразу и хрупко.

В изгибаемых элементах с очень высочайшим содержанием растянутой арматуры (переармированных) разрушение начинается со стороны сжатой 1. Сущность железобетонных конструкций зоны бетона, при всем этом в растянутой арматуре напряжения могут не достигать предельных значений.

У загруженной железобетонной балки в сечениях с разными величинами изгибающих моментов могут сразу наблюдаться все обозначенные стадии напряженного 1. Сущность железобетонных конструкций состояния (рис. 5.4, б).

Зависимость меж напряжениями и деформациями при извиве железобетонного элемента в различных стадиях напряженного состояния различна. Напряжения и деформации в сжатой зоне балок связаны таковой же зависимостью, как при 1. Сущность железобетонных конструкций сжатии, а в растянутой зоне — как при центральном растяжении.

До образования трещинок в растянутой зоне работает все сечение элемента. Эпюры напряжений перед образованием трещинок (в стадии 1а) могут быть приняты (рис. 5.5, а 1. Сущность железобетонных конструкций) в сжатой зоне треугольной, а в растянутой — прямоугольной (ввиду значимого развития пластических деформаций в растянутой зоне бетона).

Определим высоту сжатой зоны сечения х сгс и величину изгибающего момента Мcrc перед 1. Сущность железобетонных конструкций образованием трещинок для сечения хоть какой формы, симметричной относительно вертикали. В бетоне сжатой зоны, работающем в упругой стадии (v =1), краевое напряжение (рис. 5.5):



Рис. 5.5. Напряженно-деформированное состояние изгибаемого элемента: а — перед образованием трещинок; б — после образования 1. Сущность железобетонных конструкций трещинок

(5.11)


Напряжение в сжатой арматуре




(5.12)


а в растянутой согласно (5.7)



Составим уравнения проекций на продольную ось всех сил, приложенных к рассматриваемой части элемента:



где Аs и А’s – площади сечения арматуры растянутой и сжатой зон 1. Сущность железобетонных конструкций, Аb и А bt — площади сечения сжатой и растянутой зон бетона, σ s и σ’s — напряжения в растянутой и сжатой арматуре, ω1 — коэффициент полноты объема эпюры сжимающих напряжений в бетоне; при 1. Сущность железобетонных конструкций прямоугольной эпюре ω1 = 1, при треугольной ω1 = 0,5.

Подставляя значения напряжений по (5.7), (5.11) и (5.12), получим уравнение, из которого определяется хсгс:

(5.13)

Выражение для изгибающего момента Мсrc получим из уравнения моментов относительно точки приложения равнодействующей сжимающих усилий в бетоне 1. Сущность железобетонных конструкций (см. рис.5.5,а)

(5,14)

где Wpl — упруго-пластический момент сопротивления железобетонного сечения при образовании трещинок.

При М > МСГС в растянутой зоне балки образуются трещинкы, наступает стадия II напряженного состояния. В сечениях, проходящих по трещинкам 1. Сущность железобетонных конструкций, растягивающие усилия воспринимаются только арматурой, а на участках меж трещинками — арматурой и бетоном. По длине элемента напряжения (деформации) как в растянутой, так и в сжатой зоне переменны. Высота сжатой зоны также 1. Сущность железобетонных конструкций переменна — малая в сечении над трещинкой и растет к середине участка меж трещинками, в итоге чего нейтральный слой становится волнообразным (см. рис. 5.5, б). Самые большие значения напряжений (деформаций) в растянутой арматуре и в сжатой 1. Сущность железобетонных конструкций зоне бетона появляются в сечениях с трещинками, а по мере удаления от их убывают. В растянутой зоне бетона, напротив, по мере удаления от трещинок напряжения (деформации) растут и добиваются больших 1. Сущность железобетонных конструкций значений посреди участка меж трещинками. Работа растянутого бетона, уменьшающего удлинения арматуры на участках меж трещинками, учитывается коэффициентом ψs, а неравномерность рассредотачивания деформаций последнего волокна бетона сжатой зоны — коэффициентом ψb, равным отношению средних деформаций на участке 1. Сущность железобетонных конструкций меж трещинками ε bm деформациям бетона над трещинкой ε b:

(5.15)

При извиве в стадии II сечения, вообщем говоря, искривляются, но для средних сечений, расположенных на участках меж трещинками, может быть принята догадка 1. Сущность железобетонных конструкций плоских сечений.

Напряжения в сечении с трещинкой выражаются последующим образом:

в растянутой арматуре — формулой (5.10);

в последнем волокне сжатой зоны бетона

(5.16)

в сжатой арматуре

(5.17)

Высота сжатой зоны сечения над трещинкой определяется из уравнения равновесия

которое после подстановки в 1. Сущность железобетонных конструкций него величин напряжений по формулам (5.16) и (5.17) и преобразований приводится к виду:

(5.18)

где ω — коэффициент полноты объема криволинейной эпюры напряжений бетона в стадии II; при увеличении напряжений и продолжительности деяния нагрузки 1. Сущность железобетонных конструкций неупругие деформации растут и ω—>1.

Составим уравнения моментов всех сил, приложенных к рассматриваемой части элемента, относительно точки приложения равнодействующих растягивающих усилий в арматуре As, также относительно точки приложения равнодействующей сжимающих усилий в бетоне, подставляя в эти 1. Сущность железобетонных конструкций уравнения выражение σ's из (5.17)

(5.19)


(5,20)

где Ws и Wm — упругопластические моменты сопротивления соответственно по растянутой и сжатой зонам.

В отличие от моментов сопротивления упругих материалов Ws и Wm не являются 1. Сущность железобетонных конструкций функциями только геометрических размеров сечений, но зависят также от упругопластических параметров арматуры и бетона, а именно от ползучести сжатой зоны бетона, степени выключения из работы растянутого бетона и раскрытия трещинок, конфигурации во 1. Сущность железобетонных конструкций времени механических черт бетона и т.п. Все эти причины, учитываемые коэффициентами ν,ψs. Ψb и др., оказывают существенное воздействие на зависимость меж усилиями и деформациями в изгибаемых железобетонных элементах.

Большая часть железобетонных конструкций 1. Сущность железобетонных конструкций при их эксплуатации находится в стадии II напряженного состояния; потому она кладется в базу расчета по деформациям частей, в каких образование трещинок допустимо.



1-slushajte-povest-lyubvi-v-prostote-slu-shajte-divnij-rasskaz-bog-nas-naveki-pros-til-vo-hriste-bog-nas-ot-gibeli-spas-stranica-25.html
1-slushajte-povest-lyubvi-v-prostote-slu-shajte-divnij-rasskaz-bog-nas-naveki-pros-til-vo-hriste-bog-nas-ot-gibeli-spas-stranica-33.html
1-slushajte-povest-lyubvi-v-prostote-slu-shajte-divnij-rasskaz-bog-nas-naveki-pros-til-vo-hriste-bog-nas-ot-gibeli-spas-stranica-38.html