Железобетонное здание

2Ж/б представляет собой комплексный

строительный материал, состоящий  из бетона и стали, которые работают как одно целое  при силовых  воздействиях. Бетон характеризуется  хорошим  сопротивлением при сжатии и низким при растяжении. Сталь  хорошо работает и на растяж. и на сжатие. Ж/б конструкции, усиленные в растянутой зоне арматурой, обладают значительно более высокой нес. способностью. Так, нес. способность ж/б балки с уложенной внизу арматурой в 10…20 раз больше, чем бетонной. При этом прочность бетона в сжатой зоне балки используется  полностью. Особенностью ж/б  к.  является возможное образование трещин в растянутой зоне при действии внешних нагр. Раскрытие этих трещин во многих контср.  не велико не приводит к коррозии и не нарушает нормальную работу конструкции. Однако им. Конструкции и сооруж . в кот.  образование трещин не допустимо(напорные трубопроводы,лотки,резервуары). В этом случае те зоны эл-та , в которых под действием эксп. нагрузок  появляются растягивающие усилия ,за ранее подвергают  интенсивному обжатию путем предварительного натяжения арм.  Такие констр. называют предварительно напряженные. Предварительное обжатие выполняется двумя способами:1)натяжение арм. на упоры до бетонирования и 2)на бетон после бетонирования.                             1)перед бетонированием констр. арматуру натягивают и закрепляют на упорах или торцах формы, затем бетонируют эл-т. После приобрет. бетоном необходимой прочности для восприятия сил предварительного обжатия(передаточная прочность) арматуру освобождают от упоров и она стремясь укоротиться, сжимает бетон. Передача усилия на бетон происходит благодаря сцеплению между арматурой и бетоном, а так же с помощью анкерных устройств в бетоне, если сцепления не достаточно.                                                                                                                                                              2)изготавливают бетонный или слабо армированный элемент с каналами или пазами. При достижении бетоном требуемой  передаточной прочности в каналы (пазы) заводят арматуру, натягивают ее с упором  натяжного приспособ. на торец элемента  и заанкеривают. Т.о бетон оказывается обжатым. Для создания сцепления в каналы инъектируют цементн. раствор. Если Н.А располаг на наружной пов. элемента ,то навивка ее с одновременным  обжатием бетона производится спец. навивочными машинами, сверху уклад. защитн.слой

 Натяжение арматуры:

Механич. способ- арм. натягивают домкратами (винтовым, гидравлич),намоточными машинами и др. устр. Электротермический способ-арматуру нагревают током до 300-350 гр С, заводят в форму и укрепляют на упорах. В процессе остывания арм. укорачивается. Комбинированный способ- сочетает в себе Э. и М. одновременно. Физико-химич. способ-натяжение арматуры достигается в результате расширения бетона,приготовленного на спец. напрягающем цементе. А-ра  заложенная в бетоне, препятствует его увеличению в объёме и растягивается,а в бетоне возникают сжимающие напряжения. Натяжение на бетон производится только мех.способом, на упоры –всеми.

+ высокая  трещиностойкость,ж/б более долговечен и стоек, тех. Обслуживание не требует больших затрат,высокая огнестойкость,ограждающие и несущие функции констр

—значительная трудоемкость  в  изготовлении, спец. оборудование, высокая  квалиф. рабочих.

1Инженерныеми констр-ми называют сооруж. и их части(подвижные или не подвижные), размеры которых определены  расчетом на прочность, устойчивость, трещиностойкость, выносливость и по деформациям и предназначены для воспринятия  разнообразных нагрузок и воздействий. Конструкции и сооружения, находящиеся постоянно или периодически под воздействием водной среды наз. гидротехническими. Инженерные конструкции рассчитывают на силовые возд. по методу предельных состояний, который характеризуется четким установлением предельных состояний конструкции и введением системы расчетных коэффициентов, учитывающих изменчивость различных факторов. Предельными называют состояния, при которых конструкция теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получает недопустимые деформации или местные повреждения, перестает удовлетворять требованиям, предъявляемым к ней в процессе эксплуатации или возведения. Предельные состояния подразделяют на две группы: первая гр. – по потере нес. способности или не пригодности к эксп.; вторая гр.-по не пригодности к нормальной эксп. Расчеты по 1гр. П.С производят что бы предотвратить хрупкое, вязкое, усталостное разрушение(р-т по прочности); потерю устойчивости положения констр.(расчет на опрокид. и скольжение);и ее форму(расчет на местную и общую устойчивость). Расчет во 2гр. П.С должны предотвратить чрезмерные перемещения(прогибы, осадки, углы поворота), а так же образование или чрезмерное раскрытие трещин в ж/б конструкциях. Наступление того или иного П.С зависит от след. факторов: вел-ны внешних нагр. и воздействий, механ. хар-к материалов, условий работы констр. и материалов. Статиститческая измен-ть учитывается расчетным коэф-ом надежности по назначению, по нагрузке, по материалу и коэф. условий работы. Нагрузки и возд-я  при расчете конструкций их принимают по СНиП 2.01.07-85. В зависимости от продолжительности действия делят на постоянные(П) и временные(В). Временные делятся на длительные(Д),кратковременные(К) и особые(О). П.н.-собственный вес констр. или сооруж., вес, давление грунтов, воздействия предварительного напряжения конструкций.  В.Д.н-вес стационатного оборуд.(станки,аппараты,моторы),давление жидкостей,газов,сыпучих тел в емкостях и трубопроводах,от мостовых и подвесных кранов, от веса снега и от темп. возд, влажности, усадки, ползучести. К.н-от подвижного подъемно-транспортного оборудования, снеговые, а также от мостовых и подвесных кранов с полным нормативным значением, ветровые или гололедные наг-ки,вес людей,деталей,материалов. О.н- сейсмические и взрывные возд-я,нагр-ки и возд., вызываемые поломкой или не исправностью об-я.,изменение структуры грунта. Величины нагрузок, устанавливаемые нормами  из за ранее заданной вер-ти превышения средних значений называют  нормативными. Для постоянных-по проектным знач. И по нормативным(среднестат.) уд.веса.;для атм. –по средним из ежегодных на благопр. знач. Возможное отклонение нагр. в не благоприятную сторону учитывают коэф. надежности по нагр-ке         (зависят от пред. состояния). Расчетные н-ки и возд-я - пр–нимаются в расчетах и получаются умножением их нормативных знач. на соотв. коэф-ты надежности по наг-ке

При расчете на прочность и устойчивость по 1 Г.п.с коэф. надежности принимают: от веса констр-ций       =1,1(   =1,05 для мет. Констр);от веса изоляционных, выравнивающих  и отд слоев.  =1,2, на строит площадке  =1,3, от веса снега =1,4, от кранов  =1,1. При расчете на устойчивость когда уменьшение массы констр-ции ухудшает условия ее работы    <1;Расчет ж/б констр-ций по образованию трещин в зависимости от требований к их трещиностойкости  при   >=1. Расчет кон-ций должен выполняться на наиболее не благоприятные, физически возможные сочетания наг-ок  или усилий. Нормативные сопротивления Rn, устанавливаются нормами проектирования,яв-ся основными хар-ками  сопротивления материалов силовым возд.

3,4Виды ж/б конструкций:

Сборные конструкции: элементы изготавливаются на заводе, доставляют на стройплощадку и монолитируют.

Монолитные кон-ции: возведение осущ. на строительной площадке ,широко применяются в сооруж. трудно поддающихся членению.

Сборно-монолитные: комплексные конструкции. Основные требования к конструкциям: Надежность, Индустриальность, Модульные габаритные параметры, Унификация, Технико-Экономическая эф-ть, Конструктивная безопасность.

Материалы для ЖБК(классификация бетонов):

-по основному назначению: конструкционные и специальные.

-по виду вяжущего: цементные, силикатные, шлаковые, гипсовые.

-по виду заполнителей: плотные,  пористые и спец. заполнители. 

-по структуре: плотные, крупнопористые, поризованные и ячеистые.

В зависимости от совокупности рассмотренных  признаков приняты след. основные виды:1)тяжелый,2)легкий,3)ячеистый,4)мелко зернистый,5)напрягающий.

Тяжелый бетон- бетон плотной структуры на цементно-вяжущем и плотных и крупных и мелких заполнителях, применяется для несущих конструкций.

Прочность бетона: зависит от времени  и условия твердения, вид напряженного состояния, форма и размер образцов, длительность нагружения, скорость разрушения.

Кубиковая прочность бетона при сжатии (эталон прочности). При осевом сжатии кубы разрушаются вследствии разрыва бетона в поперечном направлении. Силы трения возникающие в опорных гранях препятствуют поперечным деформ. куба в близи тторцов создавая эф. обоймы.

При смазке устраняющей силу трения поперечные деформации проявляются  свободно, и куб раскалывается  по трещинам парал-ным направлению действия сжимающей силы, а его прочность уменьшается в 2 раза. По ГОСТу испытания проводят без смазки. Силы трения влияют на прочность кубов в зависимости от их размеров- чем меньше куб тем он прочнее.(пример: ребро куба = 15см-прочность=R, 10 см=1,12R, 20см=0,93R). Необходима для произв. контроля .при проектировании не применяется.

За основную хар-ку прочности бетона сжатых эл-ов  принята призменная прочность бетона Rb.

Rb- временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм, с квадратным основанием а и высотой h. Опыты показали что с увеличением  h /а влияние сил трения на торцах уменьшается, и прочность призм снижается. При h /а >= 4 à Rb= const, Rb~=(0,7…0,8)R.

Rb- используют в расчетах сжатых и изгибающих элементов.(СП 52.101.2003)

Прочность бетона при  местном сжатии(смятии):Rb,loc- эту прочность учитывают при передачи давления только на часть площади. Rb,loc> Rb

Rb,loc= Rb                                 

Прочность бетона при  растяжении Rbt- зависит от прочности цементного камня и сцепления его с заполнителем. Rbt=(0,1…0,05)Rb

Прочность бетона при  срезе и скалывании-  Rb,sh- в нормах не приводится, определяется имперически, в реальных конструкциях встречается редко.

Прочность при повторных нагрузках, снижается под влиянием микротрещин. Зависит от числа циклов нагрузки.

Деформации бетона под нагрузкой. Различают два вида деформаций:1) силовые(развиваются под действием внешних сил),2)Температурно-влажностные(изменение его формы и размеров под влиянием различных воздействий).Бетон- упруго-пластический материал. При не больших напряжениях в нем кроме упругих(восстанавливающихся) деф.Eel развиваются пластические(остаточные) деф.Epl которые в основном зависят от характера приложения и длительности действия нагрузки( Eb= Eel+ Epl).

При однократном действии кратковременной  нагрузки деф. бетона оценивают путем  испытания бетонных призм на сжатие.Если призму загружать ступенями и замерять деформации на каждой ступени дважды(после прилож. нагр и через нек-е время после выдержки под нагрузкой)то диаграмма будет ступенчатой.1)упругие,2)пластические.

При большом кол-ве ступеней загружения зависимость между напряжениями и деформациями можно изобразить плавной кривой линией.

При небольших  напряжениях (0,2R) бетон работает как упругий материал. При больших значениях отмечается увеличение пластических деформаций и при предельном сопротивлении бетона призмы Rb деформации бетона Ebu. После полной разгрузки в образце сохраняются остаточные деформации. Которые со временем несколько уменьшаются(примерно10%) это деформации упругого последействия Eep. Диаграмма бетона на растяжение аналогичная на сжатие. Связь между напряжениями и деформациями для бетона характеризует модуль деформаций. Определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой                                         Модуль деформации переменный. Для расчетов при небольших напряжениях связь           принимается линейной и называется начальным модулем упругости. При больших значениях напряжений влияние пластич. деф. сущ-но поэтому в расчетах используется средний модуль

Классы бетонов 

-класс прочности бетона на  сжатие(кубиковая прочность). Основная хар-ка устанавливаемая по рез-там испытаний контрольных кубов размером ребра 15см, после выдержки 28 суток в нормальных условиях(темп 20гр,влажность белее 90%) В^{класс бет. на сжатие}_{—кубиковая прочность в Мпа}

Для тяжелого бетона установленны след. классы:В 10,15.20,25-60

-Класс бетона по прочности  на осевое растяжение. Вt_{0,8 сопротивление растяжения эталонного образца.} Вt 0,8; 1,2; 1,6 ;2,0; 2,4 ;2,8; 3,2

-Марка бетона по морозостойкости  F50…500-число циклов поперечного замораживания и оттаивания кот. выдерживает бетон в насыщенном водой состоянии без снижения прочности

- Марка по водонепроницаемости  W2….W12(Мпа 10^-1) Характеризует давление воды при котором не наблюдается ее просачивание .через контрольный образец толщиной 15 см.

5,6Арматура-стальные стержни, размещаемые в бетоне. Основное назначение арматуры-восприятие растягивающих напряжений в растянутых зонах изгибаемых, сжатых и растянутых ж/б элементов, так же для усиления сжатых зон конструкций.

Вид арматуры:рабочая, конструктивная  и монтажная. Рабочую ар-ру устанавливают по расчету для воспринятия действующих усилий и подразделяют на продольную и поперечную. Конструктивную и монтажную ар-ру устанавливают по конструктивным и технологическим соображениям. Конструктивная арм-ра воспринимает не учитываемые расчетом усилия и равномерно распределяет их между отдельными  стержнями ; монтажная обеспечивает проектное положение рабочей арматуры ,объединяет ее в каркасы .По способу изготовления ар-ра бывает: горячекатная (стержневая) (обозн А) и холоднотянутую проволочную(обозн. В).

По форме поверхности ар-ра бывает гладкой и периодического профиля. Выступы в виде ребер, рифы или вмятины на пов-ти периодического профиля значительно улучшают ее сцепление с бетоном. По способу применения в ж/б конструкциях - –напрягаемая и не напрягаемая ар-ра,кот в зависимости от сечения различают на гибкую или жесткую.

Механические св-ва :Основные мех.св-ва арматурных сталей хар-ет диаграмма ‘’напряжения –даформации’’,которую получают в рез-те испытаний на растяжение  стандартных образцов. Все арматурные стали подразделяют  на стали с явно выраж.  площадкой текучести-1 и стали с линейной зависимостью почти до разрыва-2

Свойства  арматурных сталей .  Пластические свойства-оценивают полным относительным удлинением  после разрыва ∂р, которое устанавливают в % по отношению к первоначальной длине образца. Под свариваемостью понимают способность ар-ры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин и других дефектов в зоне сварного шва. Хладноломкость-  склонность к хрупкому разрушению под напряжением при отриц. темп-рах(ниже -30гр)

Реологические св-ва – ползучесть и релаксация ар-ры. Влияет  на работу предварительно напряженных конструкций ,так как приводит к частичной потере предварительного  напряжения.

Усталостное разрушение наблюдают  при действии  многократно повтор.  нагрузке ,яв-ся хрупким .

Классификация ар-ры и ее применение в конструкциях .  Класс ар-ной стали основной номинируемый и контролируемый показатель  ее прочности на растяжение.класс арматуры обозначают буквой (А,В,К) и цифрой, соответствующей гарантированному пределу текучести в Мпа. Стержневую ар-ру обозначают буквой А. В зависимости от прочностных характеристик ее подразделяют на классы :А240,А300,А400,А500,А600,А800,А1000. Периодический профиль имеет стержневая ар-ра за искл А240.

Проволочную ар-ру обозначают В. В зависимости от прочностных хар-к её подразд. на :В500, Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500.

Арматурные канаты обозначаются К . В зависимости от прочностных хар-к их подразд. на :К1400, К1500

Класс ар-ры для ж/б конструкций выбирают с учетом назначения ар-ры , класса и вида бетона, условий изготовления арматурных изделий(сварка,связка), условий эксплуатации (опасность коррозии,воздействие низких и высоких температур). В качестве ненапрягаемой рабочей ар-ры  применяюм преимущественно горячекатаную ар-ру классов А400,А500, проволочную ар-ру класса В500- в сварных сетках и каркасах. Арматурные стали классов А240 и А300 в основном используются для поперечной и конструктивной ар-ры. В качестве напрягаемой ар-ры прим. стержневую ар-ру  классов А600, А800, А1000, проволочную ар-ру классов Вр1200,Вр1300,Вр1400,Вр1500.

Арматурные изделия  – для армирования ж/б конструкций исп. Различные арм-ные изделия . Самые простые это отдельные стержни. Для снижения трудоемкости и мех-ции арматурных работ ненапрягаемую ар-ру применяют в виде сварных сеток и каркасов. При конструировании сварных сеток и каркасов необходимо учитывать технологические возможности контактной точечной сварки(недопущение пережога тонких стержней).

Сварные сетки применяются преим-но для армирования плитных констр. а так же открытых поверхностей гтс,наход. в зоне переменного уровня воды и возд.отриц. температур. Сварные сетки изготавливаются из сталей классов В500, А240, А300, А400. Она бывают рулонные и плоские с продольным и поперечным расположением рабочей ар-ры. Стержни расположены пер-но раб. ар-ре, яв-ся распределительными. Сетки бывают стандартные по ГОСТ…и индивидуального изготовления. Стандартные(рулонные) сетки имеют ширину В<= 3,5м, длину рулона = 50…100м. Диаметр продольной рабочей ар-ры не более 5мм. Ширина стандартных плоских сеток принята до 2,5м. а длина до 9м. Не стандартные сетки конструируют исходя из  технологических параметров многоэлектродных сварочных машин. Шаг рабочих стержней сетки диаметром , в средней части(в месте максимального изгиб. момента) применяют 100…250 мм, на остальных участках не более 400 м, часть рабочих стержней может не доходить до конца сетки.  Распределительную ар-ру располагают перпендикулярно рабочей с шагом 200-300мм,но не реже чем через 500мм. На всех уч-ках плиты расстояние между стержнями должно быть не менее 50мм. Сварные каркасы применяются для армирования линейных эл-ов (балок ,колонн, ребер). Они могут быть плоскими и пространственными. Плоские каркасы состоят из продольных рабочих  и монтажных стержней и приваренных к ним поперечных стержней. В сварных каркасах для армирования изгибаемых элементов  продольные рабочие стержни могут быть расположены в один и два ряда. Рекомендуется применять каркасы с односторонним  расположением продольных стержней(более технологично). Конструируют плоские сварные каркасы с учетом требований свариваемости. Для ж/б  конструкций плоские каркасы объединяют  в пространственные, которые применяют целиком на все изделия или в виде отд. Арматурных блоков. Пространственные каркасы образуют из отдельных плоских каркасов путем контактной сварки соединительных поперечных  стержней с продольной арматурой.

7Внешняя нагрузка, действующая на ж/б конструкции ,вызывает в арматуре и бетоне напряжения и деформации, определяющие значения внешних усилий. Совокупность напряжений и деформаций в сечении называют напряженно-деформированным сост. Рассмотрим нормальные сечения в зоне чистого изгиба двух балок, нагруженных двумя сосредоточенными силами. Арматура одной из балок без предварительного напряжения, а другой с натяжением на упоры. При возрастании внешн. нагрузки от 0 до разруш. значения ,можно проследить три сталии напряженно деформированного состояния. Стадия1- до образования трещин. Характеризуется преим-но упругой работой бетона, воспринимающего сжимающие и растяг. нап-ния. Усилие предварительного обжатия Р, вызывает сжимающие напряжения  ,кот суммируются с растягивающими напр-ми. Возрастает внешняя нагрузка погашает предварительное обжатие растянутой зоны и при напряж-ниях      происходит погашение пред. обж. Арматура деформируется вместе с бетоном и работа предварительно напряж. балки не отличается от работы эл-та с ненапряг. арм. С увеличением нагрузки в обеих балках растягивающие напряжения в бетоне быстро приближаются к его пределу прочности при растяжении(  ). При этом в растянутой зоне появляются пластич. деформации и эпюра искривляется,а в сжатой зоне бетон испытывает упругие деф-ции. Стадия 2 наступает после появления трещин в растянутой зоне. Бетон в местах образования трещин выключается из работы, и внутреннее растягивающие усилие воспринимают ар-ра и бетон растянутой зоны над трещиной. На участках между трещинами сцепление ар-ры с бетоном сохраняется,по мере удаления от трещин растягивающие усилия в бетоне увел-ся, а в арматуре уменьшаются.

С увеличением нагрузки трещины  все более раскрываются и распространяются  в верхнюю зону, напряжения в материалах возрастают, но не достигают предельных значений, в конце этой стадии в  растянутой ар-ре возникают не упругие  деф-ции. Стадия3- это разрушение балок по нормальному сечению. При увеличении внешних нагрузок напряжения в материалах возрастают и достигают предельных значений . В зависимости от вида и кол-ва растянутой ар-ры возникают два случая разрушения.1-й случай-разрушение начинается в момент когда напряжение в растянутой ар-ре достигает условного предела текучести. Эпюра напряж. в сжатой зоне сильно искривляется, напряжения в бетоне достигают предельной прочности на сжатие и сечение элемента разрушается. Такое разрушение носит пластический хар-р и постепенно происходит. несущие способности р.и с. зон исчерпываются одновременно. 2-й случай-В сечениях ,для которых кол-во ар-ры превышает нек-ю опред. вел-ну разрушение начинается в бетоне сжатой зоны, а напряжения в растянутой зоне ар-ры. не достигают предельных значений и ее прочностные значения не используются полностью. Разрушение происходит внезапно и является хрупким. Вид разрушения зависит от относительной высоты сжатой зоны бетона     =x/h0(где х-высота сжатой зоны бетона, h0- рабочая высота сечения). При ᵹ≤ᵹr разрушение сечения происходит по 1 сл-ю, ᵹ>ᵹr-2й случай. Стадии напряженно деф-го состояния положены в основу расчета ж/б к : ст 1а-по об-нию трещин и деф-циям  элементов без трещин,2ст-по раскрытию трещин и деф-циям эл. с трещинами, 3ст-по прочности.

10Рассматриваются 3-я стадия НДС когда в растянутой и сжатой зонах одновременно возникает предельное состоянию. Для составления условий прочности отбросим правую часть балки и заменим ее действие внутренними усилиями  обеспечивающими равновесие оставшейся части балки. Т.к сечение проходит через трещину то работа бетона в растянутой  зоне не учитывается, а внутреннее усилие  действует в сжатой зоне  бетона и в растянутой ар-ре. Для предварительного напрягаемых элементов с одиночным армированием предельное состояние нормального сечения не отличается от предельного состояния эл-ов с ненапрягаемой ар-рой. Т.к к моменту разрушения  предварительные напряжения в ар-ре полностью погашены. Внешний момент от расчетных нагрузок М должен быть не больше расчетного момента внутренних сил.

11Расчет прочности изгибаемого эл-та тавровой формы по нормальному сечению. Полка тавра расположенная в сжатой зоне  оказывает значительное влияние на несущую способность балки b’_f – вводимое в расчет, принимается из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону, от ребра должна быть 1) b’_f ≤1/6 L;2)-при наличии поперечных ребер или при h’_f ≥0/1 h,  b’_f ≤c/2….с- расстояние в свету между продольными ребрами.

-при отсутствии поперечных ребер  или при расстоянии между ними > расстояния между продольными  ребрами h’_f < 0/1 h,  bfc’≤6 h’_f

- при консольных свесах полки  h’_f ≥0/1 h--> bfc’≤6 h’_f

0,05h≤ h’_f <0,1hà bfc’≤6 h’_f      hf’<0,05        bfc’=0