Арматура для предварительно напряженных конструкций

Ползучесть бетона.

Опыты показывают, что если сжимающая нагрузка действует на бетонный образец длительное время, его деформация возрастает, стремясь при достаточно продолжительном нагружении к некоторому пределу. Такую медленно нарастающую деформацию при неизменном (постоянном) уровне напряжений принято называть ползучестью.

В общем случае величина деформации ползучести бетона зависит от целого ряда факторов, главными из которых принято считать:

* возраст бетона в момент нагружения;

* относительный уровень напряжений, действующих на бетонный образец;

* температура и влажность окружающей среды;

* технологические параметры бетонной смеси

* геометрические размеры поперечного сечения элемента.

Ползучесть делят на линейную и нелинейную. Переход от линейной к нелинейной наступает при напряжении 0,45 .

Линейная ползучесть объясняется вязкостью неотвердевших масс и вытеснения химически несвязной воды.

Нелинейная ползучесть связана с процессами развития микротрещин в структкре бетона.

В расчетах железобетонных конструкций ползучесть учитывается при помощи коэффициента ползучести, (отношение относительных деформаций ползучести в момент времени t к упругой относительной деформации, возникающей от нагрузки, приложенной в момент времени t₀₎, т.е.

В расчет вводится Эффективный модуль упругости:

13. Релаксация напряжений в бетоне.

С течением времени в бетонном образце под действием постоянной нагрузки напряжения в бетоне уменьшаются.

Применительно к ЖБК учитывается что общая длина должна быть постоянной, следовательно напряжения в арматуре должны возрасти.

 

14. Деформации бетона при однократном кратковременном нагружении.

Характеристикой упруго-пластических свойств бетона является его модуль деформаций, устанавливающий зависимость между напряжениями и относительными деформациями в любой точке диаграммы деформирования.

Характер диаграммы деформирования «σ–ε» свидетельствует об изменяемости модуля деформаций. При σ = 0 он имеет максимальное значение (начальный или динамический модуль упругости бетона). Там, где напряжения σ_C =f_CM, модуль упругости уменьшается до нуля. Практическое значение для расчетов железобетонных конструкций имеет т.н. модуль упругости бетона E_CM, выражаемый тангенсом угла наклона секущей в точке σ_С = 0,4 f_CM.

Учитывая нелинейную связь между напряжениями и относительными деформациями обычно при определении модуля продольных деформаций используют:

** мгновенный (секущий) модуль полных деформаций Ес, выражаемый тангенсом угла наклона касательной к кривой, описывающей диаграмму «σ–ε» в ее произвольной точке.

** модуль упругости Ecm, выражаемый тангенсом угла наклона секущей, проходящей через начало координат (σ = 0) и точку на кривой при σ_С = 0,4fcm;

** начальный модуль упругости Ec₀, выражаемый тангенсом угла наклона касательной к кривой, описывающей диаграмму «σ–ε», и проходящей в начале координат (σс = 0).

Величину модуля упругости для тяжелого и мелкозернистого бетонов в соответствии с нормами определяют по эмпирической формуле вида:

(МПа).

 

15. Деформации бетона при многократно-повторных нагрузках.

Характерность действия нагрузки можно оценить введением коэффициента асимметрии цикла, который характеризует изменение нагрузки от минимального до максимального значения.

При работе в условиях многократно повторяющихся нагрузок имеется некоторый уровень напряжений в бетоне, который следует ограничивать в следствии того, что при количестве циклов n=1∙10⁶ возможно получить разрушение образца в результате разрушения материала образца, т.е. на определенном цикле напряжений будут исчерпаны все остаточные деформации в результате уплотнения структуры, и бетон будет вести себя как упругий материал. А при увеличении циклов нагружения произойдет разрушение в результате энергии, накопленной в строительном материала.

Для учета работы бетона в таких условиях вводят понятие выносливости бетона. Производят специальные расчеты на выносливость.

 

16. Нормативные и расчетные диаграммы деформирования бетона при осевом сжатии.

В общем случае в качестве нормативной диаграммы деформирования бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций принято рассматривать полную идеализированную диаграмму с нисходящей ветвью, для которой значения напряжений в пиковой точке принимают равными нормативному сопротивлению бетона (fck) соответствующего класса по прочности при осевом сжатии.

Переход от нормативной к расчетной диаграмме деформирования производят путем замены нормативных сопротивлений расчетными, определяемыми по формуле:

коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки;

а) Полная идеализированная. Используется для нелинейных конструкций.

Здесь модуль упругости проходит через .

б) Линейно-параболическая. Используется при расчете по 1 группе пред. сост.

в) Билинейная. При второй группе предельных состояний.

 

17. Диаграмма деформирования бетона при осевом растяжении.

 

 

Несмотря на обширные исследования, диаграммы деформирования бетона при осевом растяжении не включены ни в один нормативный документ по расчету железобетонных конструкций.

Поэтому расчетные методы, принятые в нормативных документах, основаны на допущении о том, что сопротивление бетона, располагаемого в растянутой зоне сечения, не учитывается в расчетных уравнениях. Некоторые расчетные модели используют единую кривую для описания зависимости между напряжениями и относительными деформациями бетона, как при сжатии, так и при растяжении.

Диаграмма имеет верхнюю точку которой соответствует

Восходящая ветвь:

,

Нисходящая ветвь:

При расчетах по 2 группе предельных состояний диаграмму приводят к прямолинейной зависимости.

 

 

18. Арматура для железобетонных конструкций ее назначение.

Арматура для ЖБК необходима для восприятия в основном растягивающих усилий, которые не могут быть восприняты при работе бетона.

**По назначению бывает: 1*рабочая продольная; 2*рабочая поперечная; 3*продольная конструктивная; 4*монтажная.

Рабочей арматурой назначают такую арматуру, которая устанавливается по расчету для восприятия растягивающих усилий. Кол-во и диаметр стержней определяется: *для продольной – расчетом на прочность по нормальным сечениям; *для поперечной – по наклонным на перерезывающие усилия.

Конструктивная арматура необходима:

1.для восприятия усадочных деформаций в бетоне

2.для более равномерного восприятия и распределения усилий в продольной ар-ре

3.для фиксации продольной ар-ры в проектном положении

Монтажная необходима для:

1.подъема и монтажа к-ий

2.восприятия растягивающих усилий на стадии транспортировки, монтажа, хранения

**По способу изготовления:

· Горячекатанная стержневая

· Холоднотянутая проволочная

В дальнейшем их можно упрочнять термическим или механическим способами.

**По виду поверхности: *гладкая, круглая; *периодического профиля

Гладкая выпускается диаметрами:3,4,5,6,8 – проволочная, от6 до 40 – стержневая.

Периодического профиля: 3,4,5,6 и от 6 до 40 соответственно.

Кроме этого используется различная жесткая арматура(трубы, Т, 2Т….)

 

 

19. Виды арматуры и арматурных изделий.

**По назначению бывает: 1*рабочая продольная; 2*рабочая поперечная; 3*продольная конструктивная; 4*монтажная.

**По способу изготовления:

· Горячекатанная стержневая

· Холоднотянутая проволочная

В дальнейшем их можно упрочнять термическим или механическим способами.

**По виду поверхности: *гладкая, круглая; *периодического профиля

Гладкая выпускается диаметрами:3,4,5,6,8 – проволочная, от6 до 40 – стержневая.

Периодического профиля: 3,4,5,6 и от 6 до 40 соответственно.

Кроме этого используется различная жесткая арматура(трубы, Т, 2Т….)

Проволочная и стержневая арматура в ЖБК может быть соединена с помощью сварки или с использованием вязальной проволоки, в результате чего получаются арматурные изделия. К арматурным изделиям относят каркасы и сетки.

Каркасы – арматурные изделия в результате соединения ар-ры диаметрами 5-40. Длина каркасов больше 2 других ее размеров.

По образованию каркасной формы: *плоские; *объемные.

По способу соединения стержней: *сварные; *вязанные

Сетки – арматурные изделия изготовленные из проволочной ар-ры 4-6мм или стержневой 8-22мм, которая имеет значительные размеры по ширине и длине. Выпускаются только в плоском варианте.

По способу изготовления: *сварные; *вязанные

Плоские сетки и каркасы исходя из условий транспортировки а также сортамента выпускают длиной до 12м. рулонные сетки выпускают длиной т.о. чтобы их масса не превышала 150кг.

 

20. Диаграмма деформирования арматуры.

Арматурную сталь в ЖБК подбирают т.о. чтобы обеспечить при своей работе на растяжение и сжатие достаточно высокие прочностные и деформативные свойства. Также предъявляются требования по корозиостойкости, свариваемости, ползучести, выносливости и гибкости.

МЯГКАЯ СТАЛЬ

В конце диаграммы .

Для расчета конструкций используется упрощенная с горизонтальной ветвью.

Для расчета сечений используется упрощенная с наклонной ветвью.

ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ

нормативное временное сопротивление высокопрочной стали.

расчетное временное сопротивление высокопрочной стали.

етствующий остаточной деформации 0,1%.

Здесь упрощенная диаграмма переламывается в точке .

Основной деформативной характеристикой является модуль упругости:

.

 

 

21. Нормативные и расчетные сопротивления арматуры.

Арматура, применяемая для конструкций без предварительного напряжения.

В соответствии с требованиями норм в качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных конструкций следует применять гладкую стержневую арматуру класса S240 и арматуру периодического профиля S400, S500.

Принятое условное обозначение класса арматуры является в достаточной степени информативным, так как в нем после буквенного обозначения (S) указана величина нормативного сопротивления арматуры, выраженная в МПа.

Для арматурных сталей, применяемых в ЖБК, установлены следующие прочностные характеристики:

а)мгновенная прочность на растяжение или временное сопротивление при разрыве .

б) нормативное временное сопротивление , определяемое по результатам испытания серии образцов (но не менее 15 штук) одного диаметра из одной марки стали с учетом статистической изменчивости с обеспеченностью не менее 0,95;

в) нормативное сопротивление арматуры – наименьшее контролируемое значение физического или условного предела текучести;

г) расчетное сопротивление арматуры ,

Арматура для предварительно напряженных конструкций

В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций следует применять стержни и канаты классов S800, S1200, S1400. По способу производства арматура может быть горячекатанной, термомеханически упрочненной и хо-лоднодеформированной.

Нормативное сопротивление высокопрочной напрягаемой арматуры – это наименьшее контролируемое значение условного предела текучести, равного значению напряжения, соответствующего остаточному относительному удлинению 0,1 %.

Расчетное сопротивление напрягаемой арматуры

учитывает неравномерность распределения напряжения по длине стержня.(0,8)

учитывает снижение сопротивления ар-ры в случае использования ее в сварных каркасах(0,9)

 

 

22. Классификация арматуры.

В ЖБК стальную арматуру объединяют в классы т.о. чтобы марки сталей из которых она будет получена имели примерно одинаковые как прочностные, так и деформативные хар-ки, определяемые для мягких сталей по физическому пределу текучести, для высокопрочных – по нормативному временному сопротивлению.

· Стержневая ненапрягаемая арматура а также мягкая проволочная

· Напрягаемая стержневая

етствующий остаточной деформации 0,1%.

· Высокопрочная проволочная, а также канаты

нормативное временное сопротивление;

канаты

проволока

кол-во проволок в канате

Число показывает категорию по релаксационному классу

1. Обычная стержневая арматура S240. . Гладкая, круглого профиля.

2. Стержневая арматура А300. . . Периодического профиля с рисунком поперечных ребер ввиде 2 винтовой спиральной навивки.

3. S400 – основная арматурная сталь. . . Периодического профиля с рисунком «в ёлочку».

4. S500. с рисунком «в ёлочку».

5. Высокопрочная стержневая S540. Получена упрочнением вытяжкой S400. Рядом с ней в конструкции несвязный каркас.

6. S800,S1200 в ёлочку.

 

 

23. Соединения арматуры.

По длине арматурные стержни могут соединяться внахлест или сваркой.

Сварные соединения:

· Контактная сварка ( )

· Ванная сварка

· Соединения с накладками

Соединения внахлест применяются:

· Для арматурных сеток в рабочем и не рабочем направлениях

· Для продольных стержней из высокопрочной арматуры в зонах с неполным использованием прочностных характеристик.

 

 

24. Сцепление арматуры с бетоном и методы увеличения сцепления при анкеровке арматуры.

Основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в конструкции, является надежное сцепление арматуры с бетоном. Снижение сцепления арматуры с бетоном приводит к чрезмерному раскрытию трещин, уменьшению жесткости и прочности конструкции.

Работая совместно с гибкими арматурными стержнями, бетон, кроме того, обеспечивает их защиту от коррозии и от действия высоких температур. Совместная работа бетона и арматуры в железобетонной конструкции становится возможной благодаря выполнению следующих условий:

* бетон и арматура имеют достаточно близкие значения коэффициента температурного расширения;

* силы сцепления, возникающие по границе контакта между бетоном и арматурой обеспечивают выполнение условия равенства деформаций арматуры и бетона при действии усилий от нагрузок.

Совместная работа арматуры и бетона обусловлена, кроме того, правильным определением необходимого количества арматуры, размещаемой в конструкции.

Конструктивно анкеровку арматурных стержней можно повысить:

1) устройство лапок 2) устройство петель

3) устройство крюков 4) за гранью опоры должно быть хо 2 попер.стержня

5) дополнительные элементы анкеровки

25. Защитный слой бетона и конструктивные требования при установке арматуры.

Защитный слой бетона получают путем искуственного удаления вглубь сечения арматурных стержней продольной и поперечной арматуры на величину, которая устанавливается согласно требованиям стандартов. Защитный слой необходим:

1)для вовлечения в совместную работу бетона и арматуры

2)для защиты арматуры от коррозии.

минимальная величина защитного слоя бетона, определяемая исходя из требований сцепления ар-ры с бетоном.

определяется исходя из требований по условиям эксплуатации и класса ответственности конструкции: X0 15 мм; XC1 20 мм; XC2 25 мм;

Для элементов с высокопрочным армированием величину защитного слоя увеличивают не менее чем на 5мм.

Расстояние между стержнями арматуры должно быть:

От стенки к-ии до ближайшего продольного стержня 15, до торца стержня – 5.

 

 

26. Коррозия железобетона и меры защиты.

Коррозионная стойкость железобетонных элементов зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды.

Коррозия бетона, имеющего недостаточную плотность, может происходить от воздействия фильтрующей, осо­бенно мягкой воды, которая растворяет составляющую часть цементного камня — гидрат окиси кальция. Наи­большей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона являются белые хлопья на его поверхности.

Другой вид кор­розии бетона возникает под влиянием газовой или жид­кой агрессивной среды: кислых газов в сочетании с повышенной влажностью, растворов кислот, сернокислых солей и др. При взаимодействии кислоты с гидратом окиси кальция цементного камня бетон разрушается. Продукты химического взаимодействия агрессивной сре­ды и бетона, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы бетона, приводят к разрыву их стенок и быст­рому разрушению бетона. Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной; они образуют в це­менте сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция, растворяясь, вытекает и образует белые под­теки на поверхности бетона. Весьма агрессивны грунто­вые воды, содержащие сернокислотный кальций, а так­же воды с магнезиальными и аммиачными солями. Мор­ская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние па бетон, поскольку содержит сульфатомагнезит, хлористую магнезию и другие вредные соли.

Коррозия арматуры (ржавление) происходит в ре­зультате химического и электролитического воздействия окружающей среды. Она обычно протекает одновременно с коррозией бетона, но может протекать и независи­мо от нее. Продукт коррозии стали имеет больший объ­ем, чем арматура, в результате чего создается значительное радиальное давление на окружающий слой бе­тона.

Мерами зашиты от коррозии ЖБК являются:

· снижение фильтрующей способности бетона введением специаль­ных добавок;

· повышение плотности бетона;

· увеличение толщины защитного слоя бетона;

· применение лакокра­сочных пли мастичных покрытий, оклеечной изоляции;

· замена портландцемента глиноземистым цементом;

· при­менение специального кислотостойкого бетона.

 

 

27. Метод расчета по предельным состояниям.

Основной метод расчета любых конструкций.

Предельное – такое состояние конструкции, после достижения которого она перестает удовлетворять требованиям по несущей способности и требованиям по пригодности нормальной эксплуатации конструкции.