АРМАТУРА ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Получились очень долговечные изделия. Внутри трубы натянуты мощные троса, нагружающие массив бетона сжатием и исключающие появление растягивающих напряжений в бетоне при изгибе башни от ветровых нагрузок (Рисунок 115, б). То есть при совместной работе бетона со сталью напряжения стали в 10 раз выше, чем бетона, что ведет к перераспределению нагрузок, действующих в растянутой зоне балок. Рисунок 115. Что нельзя применять для армирования: – алюминиевые прутки (низкий модуль упругости и отсутствие сцепления с бетоном), – листовую полосовую сталь (провоцирует появление трещин в плоскости листового материала при относительно малой площади поперечного сечения, слабое сцепление металла с бетоном по плоскости), – полосы листового материала с просечками – отходы штамповочного производства (совсем малое реальное поперечное сечение арматуры), – сетка-рабица (обладая свойствами пружины, никак не может выполнять армирующую роль), – трубы, оставшиеся после демонтажа газопроводов, систем водоснабжения или центрального отопления (в полости труб может скапливаться вода, которая при замерзании разрушит трубу и бетон), – массивные профиля в виде уголков, швеллеров, двутавров или рельсов (большая площадь сечения и относительно слабое сцепление бетона с плоскими участками металла затрудняют включение металла в работу, мешают созданию единой структуры железобетона), – прутки арматуры длиной меньше 1 м (не успевают включиться в работу). Например, при диаметре прутков 12 мм, перехлест прутков должен быть не менее 72 см. Армирование балки стальными прутками, усиливающими бетонный массив в зоне наибольших растягивающих напряжений в середине пролета и около опор, позволяет создать жесткую и прочную железобетонную конструкцию (Рисунок 114, б).

Наибольшие напряжения от изгибающего момента будут в середине пролета. Любая конструкция, на которую действуют силы, испытывает внутренние напряжения, соответствующие величине и направлению действия этих сил. Если взять бетонную балку, загруженную какими-либо силами, например, распределенной нагрузкой (q) (Рисунок 114, а), то в ней одновременно действуют напряжения двух видов: нормальные (а) и сдвиговые (т). Арматура больших сечений при небольших габаритах строений не успевает загрузиться в полной мере, из-за чего полноценной совместной работы бетона и арматуры не происходит. Железобетон – это не два разнородных материала (бетон и сталь), а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Прочность сцепления арматуры с бетоном достаточно велика. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используются прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий.

Достаточно часто застройщики применяют для армирования бетонных конструкций тот металл, который у них есть, или тот, который им предлагают знакомые. Прутки арматуры и сварные арматурные сетки используются в производстве железобетонных изделий на заводах ЖБИ и при бетонировании, выполняемом непосредственно на строительной площадке (устройство фундамента, армирование стен, создание бетонных перекрытий и надоконных перемычек, бетонирование дорог и устройство отмостки…). Задача проектировщиков – создать такую конструкцию, в которой уровень внутренних напряжений не будет выше тех, которые способны выдержать используемые материалы, а деформации конструкции не превысят допустимую величину. Следует учитывать, что применение арматуры большого диаметра (больше 12 мм) в условиях индивидуального строительства нельзя считать оправданным. Арматурная сетка из стеклянных волокон, пропитанная битумом, используется для армирования асфальтобетонных покрытий и дорог, аэродромных покрытий, а также при проведении дорожных ремонтно-восстановительных работ. В технологии ТИСЭ применяется для армирования стен.

Металлургическая промышленность выпускает прутки арматуры диаметром от 5,5 до 40 мм. Замена металлического армирования стен на неметаллическое дает возможность сохранить природный электромагнитный фон Земли и тем самым улучшить экологическую среду в доме. За натяжением тросов специалисты ведут тщательное наблюдение. Чтобы повысить прочность бетона на растяжение и изгиб, в него укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой. Армирование железобетонных конструкций. Металл предотвращал появление трещин при растяжении, а бетон защищал сталь от коррозии. Но в этом есть некоторые ограничения.

Растягивающие напряжения в балках около опор могут быть причиной возникновения наклонных трещин только при относительно большом расстоянии между опорами и малой толщине балки (плиты перекрытий, длинные надоконные перемычки, балки или ригеля мостов и т.п.). Это объясняется следующими причинами. Если законцовки прутков загнуть, то длину перехлеста можно уменьшить в два-три раза. Примеры напряженного бетона: А – балка, Б – Останкинская – бетонное основание – трос натяжения, 3 – напряжение от веса, 4 – напряжение от натяжения троса, 5 – напряжения от изгиба, 6 – суммарное напряжение в поперечном сечении, 7 – бетон, 8 – форма, 9 – арматура в растянутом состоянии, 10 – железобетонная балка под нагрузкой. Балка под нагрузкой «Р» и напряжения в ней: А – неармированная балка, Б – армированная балка, В – эпюра изгибающих моментов, Г – эпюра перерезывающих сил, 1 – бетонная балка, 2 – арматура, 3 – трещина от изгиба балки, 4 – трещина от перерезывающей силы, 5 – напряжения сжатия, 6 – напряжения растяжения.

К концам она будет уменьшаться до нуля. Уилкинсон, Англия, 1849 – Г.Е. Арматура с латинского означает «вооружение». Да, металл сейчас дорогой и такой подход к подбору арматуры вполне понятен. Прочная и жесткая гибкая связь не подвержена коррозии, хорошо стоит в бетоне, не создает «мостка холода». Железобетонная конструкция будет работать лучше, если основные силовые прутки арматурного каркаса будут соединены в единую сварную конструкцию с поперечными связями.

Железнодорожные шпалы, сделанные по такой технологии, обладают весьма высоким ресурсом при эксплуатации в самых суровых климатических условиях. Бетон, вооруженный арматурой, способен на многое. Так, чтобы выдернуть из бетона пруток диаметром 12 мм, введенный на глубину 300 мм, потребуется сила не менее 400 кг. Паукер, Россия). Если арматура покрыта краской, жировыми или масляными пленками – все это необходимо снять, чтобы обеспечить хорошее сцепление металла с бетоном. В технологии ТИСЭ применяется при возведении трехслойных стен без «мостков холода».

Что же происходит с такой балкой? От действия изгибающего момента в ней возникают нормальные напряжения (сжатие-растяжение), которые по высоте сечения меняются от наибольшего сжатия -вверху до наибольшего растяжения внизу. В зависимости от механических свойств и технологии изготовления арматура делится на классы и обозначается следующими буквами: А – стержневая арматура, В – проволока, К – канаты. Для того чтобы арматура быстрее включалась в работу бетона, её выпускают с рельефной поверхностью, снабжая насечками различной конфигурации. Наибольшая величина изгибающего момента будет в середине балки.

Арматура для железобетонных конструкций

Бетон, благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня, с другой, защищает сталь от коррозии (пассивирование). Кроме того, бетон, как сравнительно плохой проводник тепла, защищает сталь от сильного нагревания при пожарах. Где лучше располагать арматуру. При полном их нагружении растяжением в массиве бетона возникают относительно широкие трещины, снижающие коррозийностойкость арматуры. Индустриализация арматурных работ успешно решается за счет широкого применения сварных сеток, плоских и объемных сварных каркасов.

Гибкие связи из базальтовых волокон – прутки диаметром 5…8 мм с загнутыми законцовками. Эпюра перерезывающих сил Q (Рисунок 114, г) показывает, что наибольшая их величина приходится как раз на опоры, на которые опирается балка. Балки над проемами окон и дверей, железобетонные панели и плиты перекрытия, балки и ригеля мостов и цеховых построек можно отнести к этой категории строительных изделий. «Сопромат» – сопротивление материалов – наука о прочности конструкций. Цемент изобрели в 1824 – 1825 гг. практически одновременно, независимо друг от друга Егор Челиев в России и Джозеф Аспдин в Англии. Первые железобетонные конструкции появились в 1885 г. Подобное ограничение связано с тем, что арматура в процессе работы бетонной конструкции загружается растягивающими напряжениями. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температур, так как коэффициенты их теплового расширения почти одинаковы. Разрывная прочность – 4 тонны на метр ширины.

Если бетон «не вооружен» арматурой, то внизу, в зоне действия растягивающих напряжений, могут возникнуть трещины (Рисунок 114, а). Поэтому арматуру располагают в массиве бетона не ближе 3…5 см от поверхности железобетонного изделия, притом чем плотнее бетон, тем меньше может быть это расстояние. Для прочности он уложил в бетон проволоку. Но бетон должен защищать арматуру от коррозии, да и обжатие арматуры бетоном должно быть полноценным со всех сторон. Для обеспечения максимальной экономии целесообразно применять арматуру с наиболее высокими механическими свойствами. Обращаем внимание любителей «сопромата» на то, что касательные напряжения создают в теле балки напряженное состояние, которое характеризуется одновременным действием нормальных напряжений сжатия и растяжения, ориентированных к горизонтали под углом в 45°. Таким образом создается напряженный бетон, находящийся в сжатом состоянии и при отсутствии нагрузок.

Производство цемента и использование бетона быстро совершенствовалось и развивалось, но оставался существенный недостаток – плохое сопротивление бетона растяжению. Модуль упругости стали почти в 10 раз выше, чем бетона. Простой перехлест арматуры па длине больше 60 диаметров прутков – достаточное условие для их соединения. В толще бетона натянутая арматура создает напряжения сжатия, которые после сложения с напряжениями изгиба, действующими на конструкцию, образуют относительно небольшую составляющую напряжений растяжения (Рисунок 115, а). Планируя выполнить стык прутков арматуры, индивидуальные застройщики не всегда хотят связываться с проведением сварочных работ. Рисунок 114.

Арматура

В нейтральной средней зоне поперечного сечения нормальные напряжения – нулевые. Прочность бетона на растяжение составляет всего 7… 10% его прочности на сжатие. Длина гибкой связи согласуется с изготовителем. Поэтому при армировании лент фундамента или стен дома наклонные отгибы арматуры в зоне опор можно не выполнять. Невольно задаешься вопросом: как такая тонкая конструкция выдерживает ветровую нагрузку? Основная часть телебашни выполнена в виде трубы переменного сечения, отлитой из высокопрочного железобетона. Применение метода предварительного натяжения позволяет повысить эффективность работы арматуры и всей железобетонной конструкции.

Сетка удобна в транспортировке и в раскрое (режется обычными ножницами), не создает «мостков холода», не ржавеет, инертна к электромагнитному излучению. Растягивающая составляющая напряжений в зоне опор может спровоцировать появление наклонных трещин (Рисунок 114, а). Так появился железобетон (патент от 1867 г.), в котором бетон и сталь дополнли друг друга. Попытки создать железобетон предпринимались и раньше (1845 – В. Лента выпускается в рулонах (75-80 м) шириной 1 м. Основную нагрузку в растянутой зоне балки несет сталь, а в сжатой – бетон. Цель армирования можно пояснить на железобетонных изделиях, работающих на изгиб, которые достаточно широко применяются в строительной практике. Для повышения эффективности ее работы процесс бетонирования и созревания бетона происходит при натянутой арматуре.

Использование прутков повышенной прочности в качестве арматуры полностью не реализует их потенциальные возможности. Открытие железобетона принадлежит парижскому садовнику Иосифу Монье, который решил вместо деревянных кадок для цветов сделать бетонные. Выпускается по ТУ 2296-041-00204949-95. При температуре поверхности бетона в 1000°С арматура, находящаяся на глубине 50 мм, через 2 часа нагреется лишь до 500°С. При работе железобетонной конструкции на изгиб на предельных значениях нагрузки в растянутой зоне бетона могут возникнуть трещины толщиной менее 0,1…0,2 мм (так называемые волосяные трещины), которые не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии металла. Бетон имеет существенный недостаток, присущий всем каменным материалам искусственного и естественного происхождения: он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Останкинская телебашня в Москве построена в начале 70-х годов прошлого века.

Но длине балки, в каждом её поперечном сечении, напряженное состояние от воздействия внешних нагрузок может быть приравнено к одновременному действию двух нагружений – изгибающего момента (М изг) и перерезывающей силы (Q), величина которых в каждом сечении балки рассчитывается по определенным формулам «сопромата». Большие поперечные сечения арматуры используются при больших пролетах балок, которые встречаются лишь в индустриальном строительстве. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность. В зоне действия максимальных перерезывающих сил возникают наибольшие касательные напряжения. Наибольшая эффективность арматуры при изгибающих нагрузках создается при её расположении в зоне максимальных деформаций от растягивающих напряжений, как можно ближе к краю. Тонкой иглой башня пронизывает московское небо, поражая воображение.

Следует заметить, что величина этих напряжений меняется не только по длине балки, но и по высоте её поперечного сечения. Графическое изображение такого изменения называется эпюрой изгибающих моментов М изг (Рисунок 114, в). В последнее время в качестве арматуры в железобетонных конструкциях стали использовать изделия из стеклопластика и пластика с базальтовыми волокнами. Ячейка – 25×25 мм. Оптимальный диаметр прутков в условиях индивидуального строительства – 6…12 мм (армирование фундамента и стен, создание сейсмопояса).

Смотрите также