ИНЖЕНЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

и стали, которые работают совместно как одно целое при силовых

воздействиях.
Бетон, как любой каменный материал, характеризуется высоким сопротивлением при сжатии и низким (в 10...20 раз меньше — при растяжении.
Сталь одинаково хорошо сопротивляется как растяжению, так и сжатию. Эти особенности материалов и используются в железобетоне.
Бетонная балка (рис. а), испытывающая при изгибе растяжение ниже нейтральной оси и сжатие выше нее, имеет низкую несущую способность вследствие слабого сопротивления бетона растяжению. При этом прочность бетона в сжатой зоне используется не полностью.

высокой несущей способностью. Так, несущая способность железобетонной балки с уложенной

внизу арматурой в 10...20 раз больше, чем несущая способность бетонной балки таких же размеров. При этом прочность бетона в сжатой зоне балки используется полностью.
В качестве арматуры применяют стальные стержни, проволоки, прокатные профили
 

сжатие (рис. в). Сталь имеет высокое сопротивление растяжению и сжатию,

включение ее в сжатые элементы значительно повышает их несущую способность.
Совместная работа таких различных по свойствам материалов, как бетон и сталь, обеспечивается следующими факторами:
сцеплением арматуры с бетоном, возникающим при твердении бетонной смеси; благодаря сцеплению оба материала деформируются совместно;
2) близкими по значению коэффициентами линейных температурных деформаций, что исключает появление начальных напряжений в материалах и проскальзывание арматуры в бетоне при изменениях температуры до 100°С

3) надежной защитой стали, заключенной в плотный бетон от коррозии, непосредственного действия огня и механических повреждений.

при действии внешних нагрузок.
Раскрытие этих трещин во многих конструкциях

в стадии эксплуатации невелико (0,1...0,4 мм) и не вызывает коррозии арматуры или нарушения нормальной работы конструкции.
Но имеются конструкции, в которых образование трещин недопустимо (напорные трубопроводы, лотки, резервуары и т.п.).
В этом случае те зоны элемента, в которых под действием эксплуатационных нагрузок появляются растягивающие усилия, заранее (до приложения внешних нагрузок) подвергают интенсивному обжатию путем предварительного натяжения арматуры.
Такие конструкции называют предварительно напряженными. Предварительное обжатие конструкций выполняют в основном двумя способами:
натяжением арматуры на упоры (до бетонирования) и
на бетон (после бетонирования).

на торцах формы (рис. а). Затем бетонируют элемент. После приобретения

бетоном необходимой прочности для воспринятия сил предварительного обжатия арматуру освобождают от упоров и она, стремясь укоротиться, сжимает бетон. Передача усилия на бетон происходит благодаря сцеплению между арматурой и бетоном, а также посредством специальных анкерных устройств, находящихся в бетоне конструкции, если сцепления недостаточно.

Во втором случае изготовляют бетонный или слабоармированный элемент с каналами (рис. 6). При достижении бетоном требуемой прочности в каналы заводят арматуру, натягивают ее с упором натяжного приспособления на торец элемента и заанкеривают. Т.о бетон оказывается обжатым. Для создания сцепления арматуры с бетоном в каналы инъектируют цементный раствор.
Если напрягаемая арматура располагается на наружной поверхности элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т. п.), то навивка ее с одновременным обжатием бетона производится специальными навивочными машинами. После натяжения арматуры на поверхность элемента наносят торкретированием защитный слой бетона.

предварительно напряженного элемента внешней нагрузкой в бетоне растянутой зоны погашаются

предварительно созданные сжимающие напряжения и только после этого возникают растягивающие напряжения. Чем выше прочность бетона и стали, тем большее предварительное обжатие можно создать в элементе. Применение высокопрочных материалов позволяет сократить расход арматуры на 30...70% по сравнению с ненапрягаемым железобетоном. Расход бетона и масса конструкции при этом также снижаются.
Высокая трещиностойкость предварительно напряженных конструкций повышает их жесткость, водонепроницаемость, морозостойкость, сопротивление динамическим нагрузкам, долговечность.
К недостаткам предварительно напряженного железобетона следует отнести значительную трудоемкость изготовления конструкций, необходимость в специальном оборудовании и высокой квалификации рабочих.

наиболее распространены. При изготовлении сборных конструкций в заводских условиях можно

широко применять наиболее прогрессивную технологию приготовления, укладки и обработки бетонной смеси, автоматизировать производство.
Монолитные конструкции широко применяют в сооружениях, (гидротехнические сооружения, тяжелые фундаменты, оболочки покрытий и т.п.), а также при строительстве в отдаленных районах.
Сборно-монолитные конструкции -сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладываемого на месте строительства. Сборные элементы выполняют функцию опалубки для монолитного бетона, отдельных несущих или армирующих элементов. Сборно-монолитные конструкции по сравнению со сборными отличаются большей монолитностью и более простым устройством стыков, но уступают им в индустриальности и трудоемкости. Они особенно целесообразны для массивных гидротехнических сооружений, а также в случае если конструкции необходимо придать неразрезность и жесткость.

вяжущем и плотных крупных и мелких заполнителях. Он является наиболее

распространенным в строительстве и в основном применяется для несущих железобетонных конструкций. В гидротехнических сооружениях используют только тяжелый (гидротехнический) бетон. В качестве плотных заполнителей применяют щебень из дробленых горных пород (песчаник, гранит, диабаз и др.) и природный кварцевый песок.
Легкий бетон (на цементном вяжущем и пористых заполнителях) применяют в несущих конструкциях зданий, мостов при сравнительно небольших нагрузках и в ограждающих конструкциях.
Ячеистые бетоны используют в ограждающих конструкциях, крупнопористые — только в бетонных конструкциях (например, дренажи и фильтры гидротехнических сооружений),
мелкозернистые — для заполнения швов сборных конструкций и в армоцементных конструкциях.

арматурой.

растягивающих напряжений и усиления сжатых зон конструкции.
В зависимости от

воспринимаемых усилий ее подразделяют на
продольную 1 ;
поперечную,
включающую хомуты 2 (поперечные стержни);
отогнутые стержни 3 (рис. ).
Конструктивную и монтажную арматуру устанавливают по конструктивным и технологическим соображениям:
конструктивная — воспринимает неучитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры, равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями и т. д.;
монтажная — обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, объединяет ее в каркасы и т. п.

сетки и каркасы.

Классификация арматуры и ее применение в конструкциях

Стержневая

арматура обозначается буквой А и римской цифрой (чем больше цифра, тем выше прочность).
В зависимости от основных механических характеристик "и способов упрочнения она подразделяется на следующие классы: A-I, All, A-III, A-IV, A-V, A-VI — горячекатаная, не подвергаемая после проката упрочняющей обработке;
Стержневая арматура выпускается заводами диаметром 6...80 мм и длиной 6...12 м.

подразделяется:
на обыкновенную гладкую арматурную проволоку класса B-I;
рифленую (периодического профили)

класса Вр-I;
высокопрочную гладкую класса B-II;
рифленую класса Вр-11;
витую проволочную арматуру:
семипроволочные канаты класса К-7; 19-проволочные класса К-19 и др.
Класс арматуры для железобетонных конструкций выбирают с учетом назначения арматуры, класса и вида бетона, условий изготовления арматурных изделий (сварка, вязка) и конструкций, условий эксплуатации (опасность коррозии, воздействие низких или высоких температур и т. п.).

целях индустриализации и механизации арматурных работ ненапрягаемую арматуру преимущественно применяют

в виде сварных сеток и каркасов.
Их изготовляют контактной точечной сваркой из арматуры классов A-I, А-II, A-I 11, B-I и Bp-1 на многоэлектронных или одноточечных сварочных машинах, а также с помощью сварочных клещей.

рабочих стержней они бывают трех типов:
1) с продольной рабочей

арматурой;
2) с поперечной рабочей арматурой;
3) с рабочей арматурой в обоих направлениях.
Стержни, расположенные перпендикулярно рабочим, являются распределительными (монтажными).
Сетки могут быть стандартными и индивидуального проектирования.

и т. п.). Они могут быть плоскими и пространственными.

при малой повторяемости арматурных изделий, а также в конструкциях, подверженных

воздействию многократно повторяющихся нагрузок, либо эксплуатируемых при отрицательных температурах (ниже —30 °С).

в виде канатов, пакетов и пучков.
Арматурные канаты свиты из трех

(К-3), семи (К-7) или девятнадцати (К-19) высокопрочных проволок (рис. а) диаметром 2...5 мм. Периодический профиль канатов обеспечивает их надежное сцепление с бетоном, что позволяет применять их при натяжении арматуры на упоры (до бетонирования).

Арматурные проволочные изделия: / — гильзовый анкер;
2 сечения канатов К-3, К-7, К-19;
3 спираль;
4 — скрутка;
5 -- коротыш

и ненесущими армоконструкциями.
Ненесущие арматурные конструкции применяют в тех частях сооружения,

где опалубка подвергается лишь боковому давлению бетонной смеси и не требуется устройства лесов и других поддерживающих конструкций, т.е. в массивах, плитах и балках оснований, в быках, устоях, водосливах и т. п.
Они подразделяются на пакеты, сетки и армокаркасы.

(рис. ). Расстояние между рабочими стержнями назначают (2...4) d, между

монтажными элементами — 2...4 м, длина пакетов принимается не более 400 d, и 20 м.
Пакеты бывают плоские - одноярусные (рис. а, б) и пространственные многоярусные (рис. в).

зонах и связанной между собой косыми или поперечными стержнями через

всю толщу бетона. Косые и поперечные Стержни могут быть расчетными или заменить опалубочные тяжи и монтажные стойки, поддерживающие арматуру. На рис. 15.14 показана схема размещения пакетов, сеток и армокаркйсов в сооружении.

надежно заанкеренные в нем. Служат для соединения сборных деталей между

собой, а также для крепления стальных конструкций, технологического и другого оборудования к железобетонным элементам.
Закладные детали могут быть расчетными, т. е. воспринимать действующие на них усилия, и нерасчетными (конструктивными).

арматуры с бетоном. Основное свойство ж/б, обеспечивает его существование как

строительного материала. Прочность сцепления определяется путем выдергивания или продавливания стержней, заделанных в бетоне (рис.),

и обеспечивается: склеиванием арматуры с бетоном; трением, возникающим в результате зажатия стержней при усадке бетона; зацепление за бетон выступов на поверхности арматуры периодического профиля. Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает механическое зацепление арматуры в бетоне (до 70...75% от общего сопротивления сдвигу).

Сцепление арматуры с бетоном

гладкой арматуры составляет (30...40)d,
периодического профиля (15...20)d.
При этом в

случае продавливания сцепление стержня больше, чем при выдергивании, что связано с сопротивлением бетона поперечному расширению сжатого стержня.
Поэтому длина заделки растянутых стержней принимается больше, чем сжатых, а их диаметр для лучшего сцепления с бетоном следует ограничивать.

трещинами, не обладает линейной зависимостью между напряжениями и деформациями (закон

Гука).
Чтобы понять работу и характер разрушения железобетонных элементов, рассмотрим напряженное состояние балки, нагруженной двумя сосредоточенными силами (рис. а). От действия изгибающего момента в зоне чистого изгиба возникают только нормальные напряжения σ. На участках, где действует поперечная сила, появляются касательные напряжения т, которые вместе с нормальными образуют главные растягивающие и сжимающие напряжения:

τ, так как бетой плохо сопротивляется растяжению.
В зависимости от соотношения

σ и τ главные растягивающие напряжения будут иметь переменное направление по длине балки (рис. 6). Если растягивающие напряжения превосходят предел прочности бетона на растяжение, по направлениям, перпендикулярным к растягивающим усилиям, образуются трещины.
Для воспринятия растягивающих напряжений, в соответствии с их траекторией, в балке ставят продольную и поперечную арматуру (наклонные стержни и хомуты, рис. в).

балке ставят продольную и поперечную арматуру (наклонные стержни и хомуты,

рис. в).
Если в элементе продольная рабочая арматура расположена только в растянутой зоне, то поперечное сечение такого элемента называют сечением с одиночным армированием (рис. г, сжатая зона заштрихована).
В случае усиления сжатой зоны элемента продольной арматурой сечение называют с двойным армированием (рис. д).
Опыты показывают, что с увеличением нагрузки изгибаемый элемент может разрушаться как по сечению, нормальному к оси балки (от действия М), так и по наклонному (от совместного действия М и Q) (рис. в).
В соответствии с этим и расчет прочности элементов производится по обоим сечениям.

плит и балок, которые могут быть самостоятельными конструкциями или входить

в состав сложных конструкций и сооружений: например, ребристые перекрытия, каркасы сооружений, подпорные стены, шлюзы и т. д.
Балочные плиты. В статическом и конструктивном отношении различают плиты балочные и опертые по контуру
Если плита опирается четырьмя сторонами и имеет отношение сторон меньше 2, то она изгибается в двух направлениях и является опертой по контуру. При отношении сторон больше 2 плита изгибается в направлении вдоль короткой стороны. Такую плиту, а также плиту, опертую только двумя противоположными сторонами, называют балочной.

монолитных конструкциях толщину плит при свободном опирании принимают: в зданиях

не менее 1/35 пролета, в гидротехнических и транспортных сооружениях не менее 1/25 пролета, а при упругой заделке — соответственно не менее 1/30 пролета.
Толщину монолитных плит принимают кратной 10 мм, но не менее:
для покрытий — 40 мм; для междуэтажных перекрытий гражданских и промышленных зданий — соответственно 50 и 60 мм; для плит гидротехнических и транспортных сооружений— 100 мм.
При полезных нагрузках более 10 кН/м2 независимо от назначения плит рекомендуется принимать их толщину не менее 100 мм.

виде сеток, состоящих из рабочих и монтажных (распределительных) стержней.
Предварительно

напрягаемую арматуру ввиду сложности производства работ применяют в монолитных плитах редко, за исключением особо ответственных сооружений (покрытия аэродромов, автомобильных дорог и т. д.).
Рабочую арматуру укладывают в растянутых зонах плиты вдоль пролета в соответствии с эпюрой изгибающих моментов (рис. 17.2).
В однопролетных плитах ее размещают только внизу (рис. 17.2, а). Часть стержней рабочей арматуры в целях экономии стали может заканчиваться в пролете. При этом до опоры доводят столько стержней, чтобы площадь их сечения на I м ширины плиты составляла не менее 1 /3 площади сечения стержней в пролете.
Диаметр рабочих стержней составляет 3...I2, а в сильно нагруженных плитах— 16...20 мм. Расстояние между осями стержней на участках с максимальными моментами принимают < 200 мм при толщине плиты hs <150 мм и s <1,5 hs при hs> 150 мм.
На остальных участках это расстояние независимо от толщины плиты должно быть не более 400 мм (рис. 17.2, а).
В плитах толщиной более 350 мм расстояние между осями рабочих стержней диаметром более 20 мм разрешается увеличивать до 600 мм.
Распределительная (монтажная) арматура диаметром 3...8 мм располагается поперек пролета обычно с шагом s\ = 250...350 мм, но не реже чем через 500 мм, и служит для обеспечения проектного положения рабочих стержней, воспринятия усадочных и температурных деформаций бетона и распределения действующих на плиту сосредоточенных нагрузок на большую площадь.

армированием; в — то же, с раздельным армированием; ) —

рабочие стержни; 2 — монтажные (распределительные)
стержни

сетки).
Различают два вида армирования монолитных плит сварными сетками:
непрерывное (рулонными

сетками) и
раздельное.
Непрерывное армирование применяют при диаметре рабочих стержней до 10 мм. рулонные сетки с продольным расположением рабочих стержней раскатывают по опалубке вдоль пролета плиты.
2. Раздельное армирование применяется при диаметре рабочей арматуры 6 мм и более. Рулонные сетки с поперечными рабочими стержнями раскатывают поперек пролета плиты.

сеток и небольших объемах работ, а также в плитах, когда

использование сварных сеток нецелесообразно (например, в плитах с большим количеством отверстий, сложной конфигурации, в местах, где требуется укладка стержней сложной формы, и т. д.).
Сборные плиты применяют разных видов и размеров в зависимости от их назначения.
Крупноразмерные сборные плиты называют панелями. В поперечном сечении они могут быть сплошными, ребристыми и пустотными.
Пустоты в плитах бывают прямоугольные с закругленными углами, круглые и овальные с плоской или сводчатой верхней поверхностью. По сравнению со сплошными плитами ребристые и пустотные экономичнее по расходу материалов и характеризуются меньшим весом. Минимальная толщина полок и ребер плит составляет 25..35 мм и определяется расположением и диаметром арматуры, а также толщиной защитных слоев. Полная высота плит назначается из условия их прочности и жесткости и составляет 1/15…1/30 пролета, а размеры в плане определяются компоновкой конструктивной схемы сооружения.
Сборные плиты (панели) армируют плоскими сварными сетками и каркасами, которые объединяют в один пространственный каркас, удобный для установки в форму.
В многопустотных плитах продольную рабочую арматуру располагают по всей ширине нижней полки сечения, а в ребристых — в ребрах. В качестве напрягаемой продольной арматуры применяют стержни вдассов A-IV, A-V, высокопрочную проволоку и канаты. Плиты, армированные высокопрочной проволокой диаметром 3...4 мм, называют струнобетонными.