Механические свойства арматурных сталей и их применение в железобетонных конструкциях.

– Сталь класса А-I d=6—40 мм имеет сравнительно невысокий предел текучести (σ_т=240 МПа=2400 кгс/см³) и применяется в основном в качестве поперечной арматуры линейных элементов, конструктивной и монтажной арматуры.

– Сталь класса A-II d=10-90 мм (σ_т=300 МПа=3000 кгс/см³) имеет ту же область применения, что и сталь класса A-I.

– Сталь класса A-III d=6-40мм (σ_т=400 МПа= 4000 кгс/см'²) используется в основном в качестве рабочей арматуры для конструкций без предварительного напряжения.

– Сталь классов A-IV d=10-32мм, A-Vd=10-22мм, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI Vd=10-25 мм имеет сравнительно высокие значения предела текучести 600-1000 МПа=6000-10000 кгс/см²) и применяется в качестве рабочей арматуры предварительно напряженных элементов (при их длине до 12 м).

– Сталь классов B-I и Bp-I d=3—5 .мм (σ_вр=525-550 МПа=5250-5500 кгс/см³) используется в качестве напрягаемой арматуры, а классов B-II, Вр-11 d=3-8 мм (σ_вр=1300-1900 МПа=13000-19000 кгс/см²) – в качестве напрягаемой арматуры (при длине элементов более 12 м).

Сортамент арматуры составлен по номинальным диаметрам, т. е. по диаметрам гладких стержней, равновеликих по площади сечения стержням периодического профиля, или по диаметру до профилирования (для проволочной арматуры).

Арматурные изделия. Для изготовления железобетонных конструкций применяют арматурные изделия в виде сварных сеток и каркасов, изготовляемых обычно при помощи контактной точечной электросварки заводским способом.

Сварные сетки (рулонные и плоские) изготовляют из арматуры классов B-I и A-III; в рулонных сетках диаметр продольных стержней не должен превышать 7 мм. Рабочая арматура может располагаться как в продольном, так и в поперечном направлениях, а также сразу в обоих направлениях. Максимальная ширина рулонных сеток 3,5 м, максимальные размеры плоских сеток 2,5×9 м.

Сварные каркасы изготовляют плоскими из продольных и поперечных стержней, причем продольные могут располагаться с одной или двух сторон в один или два ряда по высоте. Для удобства транспортировки и монтажа плоские каркасы чаще всего объединяют в пространственные приваркой дополнительных поперечных стержней.

Анкеровка в бетоне обеспечивается: при применении сварных сеток или каркасов – надежным соединением стержней в местах их пересечения; при использовании отдельных стержней – арматурой периодического профиля (если применяют отдельные стержни гладкой арматуры, то их концы обязательно загибают, создавая крюки).

Перегибают стержни по дуге окружности диаметром не менее 10 d, в бетоне на пористых заполнителях в местах перегиба устанавливают поперечные коротыши. Это делается для того, чтобы предотвратить резкую концентрацию напряжений в бетоне в местах перегибов арматуры.

Стыки арматуры выполняют в основном на сварке. В заводских условиях для арматуры классов от A-I до A-V применяют контактную сварку встык. При монтаже сборных железобетонных конструкций (например, сварке выпусков арматуры) используют дуговую ванную сварку в инвентарных формах, а при диаметре стыкуемых стержней более 20 мм применяют стальные накладки, приваривая их к обоим стержням дуговой сваркой. Изготовление закладных деталей для железобетонных конструкций осуществляют соединением втавр автоматической сваркой подслоем флюса стержней, служащих для будущей анкеровки детали в бетоне, со стальной пластиной.

Стыки арматуры в теле железобетонного элемента выполняют и внахлестку (без сварки). Это допускается лишь для стержневой арматуры классов от A-I до A-III в тех местах где прочность арматуры используется не полостью, причем концы стержней необходимо перепускать на (20—50) d. Если таким путем стыкуют не отдельные стержни, а сварные сетки, то в растянутой зоне каждой из соединяемых сеток (из гладкой арматуры) на длине перепуска должно быть не менее двух поперечных стержней, приваренных ко всем продольным стержням сетки.

Плоские сварные каркасы стыкуют внахлестку только при одностороннем расположении рабочих стержней и выполняют стык так же, как и стыки сварных сеток; при этом на длине перепуска каркасов должна иметься дополнительная поперечная арматура с шагом не более 5d, где d — диаметр продольной арматуры.

Все описанные стыки стержневой арматуры внахлестку следует располагать вразбежку. Сварка высокопрочной арматурной проволоки, прядей и канатов не допускается.

• Сцепление арматуры с бетоном. Свойства железобетона определяются не только свойствами бетона и арматуры, но и совместной их работой, обеспечиваемой сцеплением арматуры с бетоном. Исследования показывают, что при выдергивании стержня из бетона касательные напряжения сцепления распределяются неравномерно. Среднее (условное) напряжение сцепления определяют как отношение усилий в стержне Р к поверхности заделки:

τ_сц.усл.=Р/(l_з·U)

гдe l_з – длина его заделки; U — периметр стержня.

Для бетона средних марок и гладкой арматуры τ_сц.усл.=2.5-4МПа=25-40 кгс/см², при арматуре периодического профиля – вдвое больше; прочность сцепления возрастает с увеличением прочности бетона. При недостаточной длине заделки концы стержней снабжают коротышами или шайбами, а для арматуры класса A-I устраивают крюки.

Усадка и ползучесть железобетона являются следствием усадки и ползучести бетона. Благодаря сцеплению как арматура, так и бетон деформируются совместно, причем наличие арматуры препятствует свободному протеканию усадки и ползучести. При усадке бетона в арматуре возникают напряжения сжатия, а в бетоне – растяжения. Растягивающие напряжения в бетоне тем больше, чем больше арматуры. Во избежание появления усадочных трещин в бетоне при проектировании протяженных железобетонных конструкций устраивают усадочные швы.

При ползучести бетона под длительно действующей нагрузкой происходит перераспределение напряжений между бетоном и арматурой. В сжатых железобетонных элементах усадка и ползучесть производят одинаковый эффект, уменьшая сжимающие напряжения в бетоне и увеличивая их в арматуре. За счет ползучести бетона оба материала деформируются совместно вплоть до стадии разрушения, несмотря на значительную разницу в их предельных деформациях. Ползучесть оказывает положительное влияние на работу коротких сжатых железобетонных элементов, позволяет полностью использовать прочность бетона и арматуры. В изгибаемых (а также гибких сжатых) железобетонных элементах ползучесть вызывает увеличение прогибов; в гибких сжатых железобетонных элементах за счет этого может снизиться несущая способность.

Влияние температуры на железобетон. При систематическом воздействии на бетон повышенных температур (до 200^CC) его прочность может снизиться до 30%. При длительном действии более высоких температур (500-600⁰С) и последующем охлаждении бетон может полностью разрушиться, При кратковременном действии высоких температур и огня (пожар) железобетон в течение нескольких часов сохраняет свою несущую способность- Предел огнестойкости (в часах) зависит от размеров и конструктивной схемы железобетонного элемента, вида арматуры и особенно от толщины защитного слоя бетона, который предохраняет арматуру от непосредственного действия огня.

Коррозия железобетона. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций определяется плотностью бетона и степенью агрессивности среды. Если бетон имеет недостаточную плотность, то при фильтрации воды (особенно мягкой) растворяется составная часть цементного камня – гидрат окиси кальция. Коррозия бетона возникает также под действием кислых газов (в сочетании с повышенной влажностью), растворов солей, кислот и т. д. Довольно агрессивны также некоторые грунтовые воды и морская вода. Для защиты железобетонных конструкций от коррозии в зависимости от вида и степени агрессивности среды следует повышать плотность бетона и снижать его фильтрующую способность за счет применения специальных добавок, увеличивать толщину защитного слан, а в некоторых случаях защищать бетон специальными лакокрасочными покрытиями.

Толщина защитного слоя играет большую роль в обеспечении совместной работы бетона и арматуры, в защите арматуры от коррозии и от действия высоких температур. Для продольной рабочей арматуры толщина защитного слоя должна быть не менее диаметра стержня (каната) и не менее:

– 10мм – в плитах и стенках толщиной до 100 мм;

– 15 мм – в плитах и стенках толщиной более 100 мм, в балках и ребрах высотой до 250 мм;

– 20мм– в балках и ребрах высотой 250 мм и более, а также в колоннах;

– 30 мм — в сборных фундаментах (в монолитных фундаментах 35— 70 мм).

Для поперечной и монтажной арматуры защитный слой при высоте h<250 мм должен составлять не менее 10 мм, при высоте h≥250 мм – не менее 15 мм,

Железобетонные конструкции, подверженные воздействию высоких температур или агрессивной среды, должны иметь увеличенный защитный слой бетона, принимаемый по специальным нормативным документам.

Объемную массу железобетона обычно принимают равной 2500 кг/м³.