Галузі застосування залізобетонних конструкцій

Суть залізобетону

 

Бетон — це штучний кам’яний матеріал, який добре протистоїть стис­канню і значно гірше — розтяганню.

В бетонній балці, що згинається (рис. 0.1, а), виникають розтягнута і сти­снута зони. Така балка має низьку несучу здатність внаслідок слабкого опору бе­тону розтяганню.

Якщо в розтягнутій зоні такої балки розмістити арматуру (рис. 0.1, б), то її несуча здатність значно зросте.

Залізобетоном називають штучний композитний будівельний мате­ріал, що складається з бетону та сталевої арматури, які працюють разом.

 

Рис. 0.1. Елементи під навантаженням: а — бетонна балка; б — залізобетонна балка; в — залізобетонна колона

 

Армування бетонної балки дає можливість використовувати міцність сталевої арматури на розтягання і міцність бетону на стискання. Несуча здатність залізобетонної балки може перевищувати несучу здатність аналогічної бетонної більш, як у 10 разів.

У стиснутих конструкціях значну частину навантаження сприймає бе­тон. Арматура працює спільно з бетоном і сприймає частину стискувальних зусиль, що дає можливість зменшити розміри поперечного перерізу еле­мента (рис. 0.1, в). Армування стиснутого бетону підвищує також надійність залізобетонних елементів.

Спільна робота сталевої арматури і бетону обумовлена такими фізико-механічними властивостями цих матеріалів:

1) при тужавленні бетону між ним та арматурою виникають значні сили зчеплення, які забезпечують у певних межах рівність їхніх деформацій;

2) щільний бетон захищає сталеву арматуру від корозії, а також охороняє її від безпосередньої дії вогню;

3) сталь та бетон мають близькі коефіцієнти лінійного температурного розширення, тому із зміною температури внутрішні температурні зусилля в залізобетоні незначні;

4) співвідношення модулів пружності арматури та бетону в межах 6...14 сприяє повному використанню міцності арматури в залізобетонних конструкціях.

Переваги та недоліки залізобетону. Залізобетон широко використовується в будівництві за рахунок його довговічності, вогнестійкості, стійкості проти атмосферних впливів. Він має високий опір динамічним навантаженням та низькі експлуатаційні витратиу порівнянні з іншими будівельними конструкціями. Крупний (щебінь, гравій) і дрібний (пісок) заповнювачі для бетону розповсюджені по всій території України, що також сприяє широкому застосуванню залізобетону у будівництві.

У залізобетонних конструкціях (далі ЗБК) від дії зовнішнього експлуатаційного навантаження виникають тріщини в розтягнутих зонах (рис. 0.1, б). Ширина розкриття цих тріщин в багатьох конструкціях незначна і не заважає їх нормальній експлуатації.

Найефективніший спосіб запобігти появі тріщин — застосувати попереднє напруження арматури. Попередньо напруженими називають ЗБК, під час виготовлення яких створюється обтискування бетону зони, розтягнутої під дією зовнішнього навантаження. Цього досягають попереднім напруженням високоміцної арматури. При натягуванні арматури реалізується значна частина її пружних деформацій, що дає можливість використовувати високоміцні сталі для армування ЗБК. Обтискування бетону сприяє істотному збільшенню періоду спільної роботи напруженої арматури з розтягнутим бетоном і дає можливість не допустити утворення тріщин під час експлуатації або обмежити їх розкриття. Використання високоміцної арматури знижує вартість залізобетонних конструкцій.

Основним недоліком ЗБК є їх велика маса. Для зменшення маси ЗБК використовують ефективні поперечні перерізи залізобетонних елементів (тавровий, двотавровий, з отворами тощо) та легкі бетони.

 

Основні літерні позначення

 

Зусилля від зовнішніх навантажень і дій в поперечному перерізі елемента:

— згинальний момент; — поздовжня сила; — поперечна сила.

 

Характеристики попередньо напруженого елемента:

— зусилля попереднього обтискування з урахуванням втрат попереднього напруження в арматурі (з урахуванням перших втрат — ; з урахуванням усіх втрат — )

та — попередні напруження в напружуваній арматурі до обтискування бетону, розташованій відповідно в розтягнутій та стиснутій зонах бетону (з урахуванням перших втрат — ; з урахуванням усіх втрат — )

— стискувальне напруження в бетоні на стадії попереднього обтискування з урахуванням втрат попереднього напруження в арматурі

— коефіцієнт точності натягу арматури

 

Характеристики матеріалів:

та — розрахункові опори бетону осьовому стисканню відповідно для граничних станів першої і другої груп

та — розрахункові опори бетону осьовому розтяганню відповідно для граничних станів першої і другої груп

— передаточна міцність бетону

— розрахунковий опір поздовжньої розтягнутої арматури для граничних станів першої групи

— розрахунковий опір розтягнутої арматури при розрахунку на поперечну силу для граничних станів першої групи

— розрахунковий опір стиснутої арматури для граничних станів першої групи

— початковий модуль пружності бетону при стисканні і розтяганні

— модуль пружності арматури

 

Геометричні характеристики та позначення на розрахункових схемах деяких перерізів (див. рис. 0.6):

 

— ширина прямокутного перерізу; ширина ребра таврового або двотаврового перерізу

— висота прямокутного, таврового та двотаврового перерізів

та — ширина та висота полиці в розтягнутій зоні двотаврового перерізу

та — ширина та висота полиці в стиснутій зоні таврового і двотаврового перерізів

— площа всього бетону в поперечному перерізі елемента

та — площа перерізу стиснутої і розтягнутої зон бетону

— площа зведеного перерізу елемента

	а		б		в

 

 

Рис. 0.6. Геометричні характеристики та позначення на розрахункових схемах перерізів: а — прямокутного; б — таврового; в — двотаврового

 

— площа перерізу звичайної розтягнутої арматури

— площа перерізу розтягнутої напружуваної арматури

— площа перерізу звичайної стиснутої арматури

— площа перерізу стиснутої напружуваної арматури

— площа перерізу поперечної арматури

— площа перерізу відігнутої арматури

та — відстань від рівнодійної зусиль в арматурі до найближчого краю перерізу в розтягнутій і стиснутій зонах

або — робоча висота перерізу

— висота стиснутої зони бетону

— відносна висота стиснутої зони бетону

— відстань між центром ваги стиснутої зони бетону і рівнодійною зусиль у поздовжній арматурі, розташованій у розтягнутій зоні бетону

та — відстань від рівнодійної зусиль в звичайній арматурі до найближчого краю перерізу в розтягнутій і стиснутій зонах

та — відстань від рівнодійної зусиль в попередньо напруженій арматурі до найближчого краю перерізу в розтягнутій і стиснутій зонах

 

Контрольні запитання

1. Дайте визначення залізобетону.

2. З якою метою встановлюють арматуру у стиснутих залізобетонних конструкціях?

3. Якими фізико-механічними властивостями обумовлена спільна робота арматури та бетону?

4. Поясніть чому залізобетон широко застосовують у будівництві.

5. Які залізобетонні конструкції називають попередньо напруженими?

6. Перерахуйте галузі застосування залізобетонних конструкцій.

7. Опишіть першу відому залізобетонну конструкцію.

8. Яку споруду було збудовано у 1904р. в м. Миколаєві?

9. У якому році та ким створена теорія тріщиностійкості та жорсткості залізобетонних конструкцій?

 

Ч а с т и н а п е р ш а

Структура бетону

Розглянемо схему фізико-хімічного процесу утворення бетону.

При переміщуванні бетонної суміші, що складається з заповнювачів, цементу та води, починається хімічна реакція з’єднання мінералів цементу з водою. В результаті цієї реакції утворюється гель — студнеподібна пориста маса, до складу якої входять мінеральні частинки цементу, що ще не вступили в реакцію, та незначні з’єднання у вигляді кристалів. Під час перемішування бетонної суміші гель обволікає окремі зерна заповнювачів, поступово тужавіє, його кристали об’єднуються між собою і збільшуються. Твердіючий гель перетворюється в цементний камінь, що скріплює зерна крупного та дрібного заповнювачів в монолітний твердий матеріал — бетон.

На структуру та міцність бетону суттєво впливає кількість води, що оцінюється водоцементним відношенням В/Ц. Для хімічного з’єднання з цементом достатнім є відношення В/Ц = 0,2, але з технологічних міркувань В/Ц приймають 0,3...0,6. Надлишкова вода частково вступає потім в хімічну реакцію з менш активними частинками цементу, а частково заповнює численні пори та капіляри в цементному камені і щілини між зернами заповнювачів та арматурою. З пор і щілин вода поступово випаровується і в готовому бетоні за рахунок цього утворюються повітряні пори та щілини. За даними досліджень пори займають приблизно третину об’єму цементного каменю. Із зменшенням В/Ц пористість цементного каменю зменшується, а міцність бетону зростає.

Таким чином, структура бетону дуже неоднорідна і являє собою просторову гратку з цементного каменю, заповнену зернами піску та щебеню і пронизану великою кількістю мікропор та капілярів. В ній міститься також хімічно незв’язана вода, водяна пара і повітря. З фізичної точки зору бетон — це капілярно-пористий матеріал, в якому одночасно присутні три фази речовини — тверда, рідка та газоподібна. Цементний камінь в свою чергу також має неоднорідну структуру і складається з пружного кристалічного матеріалу і в’язкої маси — гелю.

З часом під впливом зовнішніх факторів водний баланс в бетоні змінюється, зменшується об’єм твердіючого гелю і збільшується кількість пружного кристалічного матеріалу, що впливає на міцність і характер деформування бетону під навантаженням.

 

Усадка бетону

Властивість бетону зменшуватися в об’ємі при тужавленні в повітряному середовищі називається усадкою.

Усадка залежить від кількості та виду цементу (чим більше цементу – тим більша усадка; високоактивні цементи дають більшу усадку), крупності заповнювача (при дрібнозернистих пісках усадка більша), водоцементного відношення В/Ц (чим більше В/Ц — тим більша усадка), хімічних добавок (прискорювачі тужавлення бетону збільшують усадку) і пористості (чим менша пористість – тим менша усадка).

Найінтенсивніше усадка бетону проходить у початковий період тужавлення і з часом припиняється.

Швидкість усадки, в першу чергу, залежить від вологості — чим менша вологість, тим більші усадочні деформації і більша швидкість їх зростання.

Усадка бетону під навантаженням при стисканні прискорюється, а при розтяганні — сповільнюється.

Усадка бетону пов’язана з фізико-хімічним процесом тужавлення та зменшенням при цьому об’єму цементного гелю. На неї впливає також надлишкова вода, яка випаровується і йде на гідратацію з малоактивними частинками цементу. З часом тужавлення гелю припиняється і припиняється усадка.

Крупний та дрібний заповнювачі, які мають більший модуль пружності, протистоять вільному зменшенню об’єму цементного каменю. Нерівномірне висихання бетону веде до нерівномірності його усадки і викликає початкові усадочні напруження. Відкриті поверхні бетону висихають швидше, а внутрішні об’єми залишаються більш вологими. Отже у поверхневих шарах бетону буде виникати розтяг, а у його внутрішніх шарах — стиск. Як наслідок такого явища — поява усадочних тріщин в бетоні.

Початкові напруження від усадки бетону безпосередньо в розрахунках ЗБК не враховують. Розтягувальні зусилля від усадки сприймає конструктивна та монтажна арматури.

Зменшити усадку можна за допомогою технологічних заходів — зволожування бетону, термообробка тощо. У великорозмірних ЗБК передбачають усадочні шви, які, як правило, співпадають з температурними.

Основи міцності бетону

Бетон — неоднорідний матеріал, тому під впливом зовнішнього навантаження в ньому виникає складний напружено-деформований стан. Розглянемо бетонну призму, що стискається силою N, і виділимо з неї нескінченно маленький об’єм (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Схема напруженого стану бетонного зразка при стисканні: а — концентрація напружень біля мікропор; б — тріщини розриву бетону в поперечному напрямку при осьовому стисканні

 

У виділеному об’ємі напруження концентруються на більш жорстких частинках, що мають більший модуль пружності. На площинках, що з’єднують ці частинки, виникають зусилля зсуву. В місцях, ослаблених порами та пустотами, напруження також концентруються. З теорії пружності відомо, що в стиснутому матеріалі з отворами навколо останніх виникає плоский напружений стан і розтягувальні напруження діють на площинках, паралельних стискувальній силі. В бетоні таких пор і пустот багато. Напруження навколо них сумуються і загалом в бетонній призмі виникають поздовжні стискальні і поперечні розтягувальні напруження.

Руйнування зразка відбувається в поперечному напрямку, що підтверджується експериментально. Спочатку виникають волосяні поздовжні тріщини. З часом вони ростуть і розкриваються. Об’єм призми ніби збільшується і при навантаженні, що відповідає межі міцності, зразок розсипається на окремі вертикальні призмочки.

Бетон — матеріал неоднорідний, тому зразки, виготовлені з одного замісу бетону, будуть мати різну міцність.

Експериментально встановлено, що міцність бетону залежить від зернового складу (його підбирають так, щоб об’єм пустот в суміші заповнювачів був найменшим), міцності заповнювачів та характеру їх поверхні (при шорсткій та кутоватій поверхні заповнювачів підвищується їх зчеплення з цементним розчином, тому бетони, виготовлені на щебені, мають більшу міцність, ніж бетони виготовлені на гравії), форми та розмірів зразка, умов тужавлення, виду напруженого стану, тривалості дії навантаження, технології виготовлення тощо.

 

Класи та марки бетону

Нормами проектування встановлюються показники якості бетону — класи та марки:

1) клас бетону за міцністю на осьовий стиск В (цей показник вказують в проектах у всіх випадках);

2) клас бетону за міцністю на осьовий розтяг B_t (вказують у тих випадках, коли ця характеристика контролюється при виготовленні ЗБК);

3) марка бетону за морозостійкістю F (вказується для ЗБК, що експлуатуються в умовах підвищеної вологості при перемінному заморожуванні і відтаванні);

4) марка бетону за водонепроникністю W (вказується для конструкцій, що експлуатуються під тиском рідин);

5) марка бетону за густиною Д (вказується для теплоізоляційних ЗБК).

Задані клас та марку бетону отримують відповідним підбором бетонної суміші в лабораторних умовах з наступним випробовуванням зразків.

Найбільш цінний показник бетону — його міцність на стиск — характеризується класом бетону В (МПа): тимчасовий опір стисканню бетонних кубів 15х15х15 см, випробуваних через 28 діб зберігання при температурі 20±2⁰С і вологості 100%.

Нормами встановлені такі класи В бетону на осьовий стиск:

а) для важкого бетону — В7,5, В10, В12,5, В15, В20, В30, В35, В40, В45, В50, В55, В60;

б) для дрібнозернистих бетонів залежно від виду:

А (з модулем крупності піску 2,1 і більше) — до В40;

Б (з модулем крупності піску в межах 1 — 2,1) — до В30;

В (при автоклавній обробці бетону) — до В60;

в) для легкого бетону — до В40.

Класи бетону на осьовий розтяг (МПа) B_t0,8, B_t1,2, B_t1,6, B_t2, B_t2,4, B_t2,8, B_t3,2 означають тимчасовий опір розриву бетонних вісімок, витриманих 28 діб при температурі 20±2⁰С і вологості 100%.

Марки бетону за морозостійкістю бувають віл F25 до F500 і означають кількість циклів заморожування і відтавання зразка без втрати ним міцності.

Марки бетону за водонепроникністю встановлені від W2 до W12. Вони вказують на граничний тиск рідини, коли вона ще не просочується через зразок.

Марка бетону за густиною від Д800 до Д2400 характеризує середню густину бетону (кг/м³).

Оптимальний клас чи марку бетону вибирають на основі техніко-економічних міркувань залежно від виду залізобетонної конструкції, умов її експлуатації, способу виготовлення.

 

Навантаженнях

Межа міцності бетону при багаторазових повторних навантаженнях або межа витривалості бетону R_q залежить від числа циклів навантаження і розвантаження та від відношення максимальних та мінімальних напружень, або асиметрії циклу r=s_min/s_max.

Рис. 1.5. Залежність межі міцності бетону при багаторазових повторних навантаженнях від числа циклів завантаження

 

На рисунку 1.5 по осі абсцис відкладемо число циклів n завантаження і розвантаження зразка, а по осі ординат — значення відносної межі витривалості R_r/R_b. Із збільшенням числа циклів n знижується значення межі витривалості R_r.

Практична межа витривалості R_r (на обмеженій базі n=2*10⁶) залежить від характеристики циклу r майже лінійно. Її найменше значення становить

. (1.4)

 

 

Динамічна міцність бетону

При динамічній дії навантаження значної інтенсивності за короткий проміжок часу (удар, вибух тощо) спостерігається збільшення тимчасового опору бетону — динамічна міцність.

Чим менший час t завантаження бетонного зразка динамічним навантаженням, тим більший коефіцієнт динамічної міцності бетону К_д. Цей коефіцієнт дорівнює відношенню тимчасового динамічного опору бетону R_д до призмової міцності R_b. Наприклад, якщо час завантаження динамічним руйнівним навантаженням становить 0,1с, то коефіцієнт К_д=1,2. Явище динамічного зміцнення пояснюється енергопоглинаючою здатністю бетону, що працює протягом короткого проміжку часу тільки пружно.

 

Короткочасним навантаженням

При навантаженні призми одноразовим короткочасним навантаженням (рис. 1.6) повні деформації складаються з пружних і пластичних: e_b=e_l+e_pl. Невелика частка пластичних деформацій на протязі деякого проміжку часу після розвантаження відновлюється (біля 10%). Ця частка називається деформаціями пружної післядії e_lp.

 

 

Рис. 1.6. Залежність між напруженнями та деформаціями в бетоні: 1 — область пружних деформацій; 2 — область пластичних деформацій

 

Якщо зразок навантажувати етапами і заміряти деформації на кожному етапі двічі (відразу після навантаження і через деякий час), на діаграмі s_b-e_b отримаємо ступінчасту лінію (рис. 1.7, а). Деформації, заміряні відразу після завантаження, пружні і зв’язані з напруженнями лінійним законом, а деформації, що розвиваються під час витримки зразка під навантаженням, пластичні. Величина цих пластичних деформацій збільшується із збільшенням рівня напружень. На діаграмі вони мають вигляд горизонтальних ділянок. При достатньо великому числі етапів залежність s_b-e_b має вигляд плавної кривої. Так само, при поетапному розвантаженні зразка, отримаємо плавну криву, але вигнуту в протилежний бік (рис. 1.6).

Таким чином, пружні деформації виникають в момент навантаження зразка, а пластичні деформації збільшуються з часом і залежать від швидкості навантаження. Із збільшенням швидкості при напруженнях у бетоні s_в=const непружні деформації зменшуються (рис. 1.7,б).

Рис. 1.7. Діаграма s_b-e_b при стисканні бетону залежно від: а — числа етапів завантаження; б — швидкості завантаження

 

 

При розтяганні бетонного зразка також виникають пружні та пластичні деформації і повні деформації будуть e_bt=e_lt+e_plt.

 

Повзучість бетону

При тривалій дії навантаження непружні деформації в бетоні з часом зростають. Найінтенсивніший ріст непружних деформацій спостерігається на протязі перших 3-4 місяців і може продовжуватися навіть декілька років.

На діаграмі s_b-e_b (рис. 1.8) крива 0-1 характеризує деформації, що виникають при завантаженні зразка. Кривина її залежить від швидкості завантаження зразка. Пряма 1-2 характеризує ріст непружних деформацій при сталому напруженні s_b.

Властивість бетону накопичувати непружні деформації при тривалій дії навантаження називається повзучістю бетону. Деформації повзучості можуть у 3...4 рази перевищувати пружні.

Якщо при тривалій дії сталого навантаження деформації повзучості проявляються вільно, напруження в бетоні залишаються незмінними. При наявності в бетоні внутрішніх зв’язків (наприклад арматури), які не дозволяють вільно проявлятися деформаціям повзучості, напруження в бетоні уже не будуть залишатися сталими, а з часом будуть зменшуватися. Таке явище називають релаксацією напружень в бетоні.

 

	Рис. 1.8. Діаграма sb–eb при довготривалому завантаженні зразка		Рис. 1.9. Деформації повзучості бетону залежно від швидкості початкового завантаження

 

 

Експерименти з бетонними призмами показали, що, незалежно від швидкості навантаження зразка до рівня напружень в бетоні s_b1, кінцеві деформації повзучості будуть однаковими (рис. 1.9). З ростом рівня напружень s_b1 повзучість бетону також зростає. Завантажений в ранньому віці бетон має більшу повзучість ніж старий. Повзучість бетону в сухому середовищі значно більша ніж у вологому. На повзучість бетону впливають також технологічні фактори. Повзучість зростає зі збільшенням водоцементного відношення В/Ц та кількості цементу на одиницю об’єму бетонної суміші. Із збільшенням міцності зерен заповнювачів, а також із підвищенням міцності бетону повзучість зменшується.

Природа повзучості пояснюється структурою бетону, тривалими процесами кристалізації та зменшенням кількості гелю при тужавленні цементного каменю. Під дією зовнішнього навантаження напруження, що виникають в бетоні, перерозподіляються із в’язкої гелевої структури на кристалічні зростки та зерна заповнювачів. З часом процес перерозподілу напружень стихає і деформування припиняється.

 

Армування

Конструкції можуть бути армовані зварними каркасами та сітками, в’язаною арматурою з окремих стержнів, жорсткою арматурою з прокатних профілів, дротяною канатною або пучковою напружуваною арматурою (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Армування залізобетонних конструкцій: а та б — зварними сітками; в — в’язаною арматурою з окремих стержнів; г — зварними каркасами; д — жорсткою арматурою; е — напружуваною стержньовою арматурою; ж — напружуваною дротяною арматурою; з — семидротовий канат Æ15К-7; и - переріз канату з арматурним пучком з 25 дротин Æ6 мм; 1 — арматура робоча; 2 — арматура розподільна; 3 — арматура монтажна; 4 — петлі для піднімання конструкцій; 5 — поздовжня робоча арматура; 6 — жорстка арматура; 7 — поперечна арматура; 8 — арматурні оцупки в анкері

 

Найбільш індустріальним способом є армування залізобетонних конструкцій зварними каркасами та сітками. Стержні з’єднуються між собою точковим зварюванням, що дає можливість застосовувати автоматичні і напівавтоматичні зварювальні агрегати. На рис. 2.4, а показано армування фрагмента монолітного ребристого перекриття зварними сітками та каркасами.

Зварні сітки можуть бути рулонними з поздовжньою (рис. 2.4,б) або поперечною робочою арматурою з дроту класу Вр-І діаметром 3...5 мм. Для сіток з поперечною робочою арматурою використовують стержні класу А-ІІІ діаметром 6...9 мм. Як розподільну арматуру використовують дріт класу Вр-І діаметром 3...5 мм. Застосовуються і плоскі сітки з робочою арматурою в одному чи у двох напрямках (рис. 2.4, в).

Залежно від діаметра стержнів сітки поділяють на легкі зі стержнями діаметром 3...10 мм і важкі зі стержнями діаметром 12...40 мм.

Рулонні сітки випускаються шириною А=1040...3630 мм. Довжина сіток L регламентується масою рулону (100...150 кг). Плоскі сітки мають довжину L=850...11950 мм і ширину А=650...3050 мм.

Зварні сітки маркують. Марка сітки містить таку інформацію: Х — тип сітки; С — зварна сітка; d₁ та V — відповідно діаметр та крок поздовжньої арматури; d₂ та U — діаметр та крок поперечної арматури; А — ширина сітки; L — її довжина; С₁ та С₂ — довжина вільних кінців відповідно поздовжніх та поперечних стержнів. Наприклад, марка сітки показує, що це зварна рулонна сітка (Ср) типу 4; поздовжня робоча арматура з дроту класу Вр-І діаметром d₁=4мм розташована з кроком V=200 мм; розподільна (монтажна) арматура діаметром d₂=4мм з дроту класу Вр-І з кроком U=300 мм; ширина сітки А=1290 мм, а довжина L визначається проектом; довжина вільних кінців поздовжніх стержнів С₁ визначається під час розрізування сітки; довжина вільних кінців поперечної арматури С₂=45 мм. При цьому величину А обчислюють так: Uх4 + С₂ х 2 = 300 х 4 + 45 х 2 = 1290 мм.

Марка вказує, що ця сітка рулонна зварна типу 5 з поперечною робочою арматурою класу А-ІІІ діаметром d₂=8 мм розташована з кроком 150 мм; поздовжня розподільна арматура з дроту класу Вр-І діаметром d₁=4 мм з кроком V=200 мм; ширина сітки А=3030 мм, довжина вільних кінців поперечної арматури С₂=15 мм, а довжина вільних кінців поздовжньої арматури С₁ визначається під час розрізування сітки.

На відміну від рулонних для плоских сіток зазначають фіксовані значення А (ширину) та L (довжину).

 

Рис. 2.4. Зварні каркаси та сітки: а — армування монолітного ребристого перекриття; б — рулонна сітка з поздовжньою робочою арматурою; в — плоска сітка з робочою арматурою у двох напрямках; г — перерізи плоских і просторових каркасів: 1 — поздовжня робоча арматура; 2 — поперечна робоча арматура; 3 — робоча арматура плити; 4 — розподільна арматура; 5 — монтажна арматура; 6 — хомути

 

Зварні каркаси виготовляють плоскими або об’єднують у просторові за допомогою монтажних стержнів (рис. 2.4, г). Поздовжні робочі стержні розміщують в один або у два ряди, з одного або з двох боків від поперечних стержнів. Для контактного точкового зварювання і забезпечення зчеплення з бетоном однобічне розміщення поздовжньої і поперечної арматури краще.

Мінімальний розмір кінцевих випусків поздовжніх і поперечних стержнів у зварних сітках та каркасах має становити С³0,5d₁ + d₂ або С³0,5d₂+ d₁ і не менш як 15 мм.

Допускається використовувати в’язану арматуру, яка складається з окремих поздовжніх і поперечних стержнів (хомутів), а іноді і з відігнутих стержнів, з’єднаних у місцях перетину в’язальним дротом (рис. 2.5, а).

Метод армування в’язаною арматурою має свої переваги і недоліки. При цьому методі виключається концентрація напружень у зонах точкового зварювання, а також усувається небезпека перепалювання поперечних стержнів, що спостерігається у зварних виробах. З іншого боку цей метод армування потребує великих витрат ручної праці.

Рис. 2.5. Армування конструкцій окремими стержнями: а — в’язаний арматурний каркас; б — колона із спіральною арматурою; 1 — в’язальний дріт; 2 — спіральна арматура; 3 — поздовжня арматура

 

Застосування напружуваної арматури для армування ЗБК усуває один із головних недоліків залізобетону — утворення в процесі експлуатації тріщин в розтягнутій зоні або зменшує надмірне розкриття їх. Попередньо напружені конструкції довжиною до 12 м доцільно армувати стержньовою арматурою, оскільки стержні виробляють завдовжки 13,2 м. У цьому разі стикувати робочу арматуру не потрібно. При довжині конструкції понад 12 м слід використовувати дротяну арматуру класу Вр-ІІ або канати класів К-7 та К-19.

Внаслідок позацентрового обтискування елемента несиметричною арматурою на одній з граней його перерізу виникають розтягувальні напруження, які можуть призвести до утворення тріщин. Якщо поява тріщин у зоні, стиснутій у стадії експлуатації, не допускається, то потрібно встановлювати напружувану арматуру, тобто застосовувати подвійне напружене армування (див. рис. 2.3).

Для армування конструкцій застосовують також жорстку арматуру (прокатні профілі), яку використовують як несучий каркас, що сприймає навантаження від підвісної опалубки, свіжоукладеного бетону і монтажні (рис. 2.3, д). Іноді буває доцільним зовнішнє армування конструкцій (наприклад, балок покриттів і підкранових балок для мостових кранів) листовою арматурою (сталебетонні конструкції).

Вивчається також можливість використання трубобетону — різновиду залізобетону, арматурою якого є тонкостінна сталева труба, що заповнюється бетоном і має з ним зчеплення.

У деяких конструкціях, наприклад у залізобетонних трубах, у стиснутих колонах при невеликих ексцентриситетах, ефективно використовувати спіральне армування (рис. 2.5, б).

Армоцемент - це будівельний композитний матеріал, що складається з тонких сталевих сіток та дрібнозернистого бетону. За структурою армоцемент - різновид залізобетону, але відрізняється від нього заповнювачем та характером армування. Перерізи армоцементних конструкцій як правило криволінійні або складчастої форми.

Армоцементні конструкції виготовляють з дрібнозернистого бетону, армованого густо розташованими тонкими зварними або тканими сітками. Таке армування називають дисперсним. Якщо необхідно підвищити міцність перерізу конструкції, допускається часткова заміна сітчастої арматури стержнями, які розташовують в ребрах або потовщеннях, що утворюються на пересіченні нахилених та горизонтальних площин конструкції. Таке армування називають комбінованим.

За умовами тріщиностійкості перерізів, обмеження ширини розкриття тріщин, надійного їх закриття та прогину конструкції, основна робоча арматура у вигляді високоміцних тканих сіток або дроту може бути попередньо напруженою.

Дрібнозернистий бетон разом з тонкими сталевими сітками дає можливість виготовляти елементи завтовшки 10...30 мм.

Бетон, армований сталевими фібрами, називають сталефібробетоном. Фібри можуть бути прямолінійні гладкі, періодичного профілю і з потовщеннями на кінцях, а також у вигляді кілець, петель, зиґзаґів. Виготовляють їх з маловуглецевого сталевого дроту діаметром 0,2...1 мм. Довжину фібри встановлюють в залежності від прийнятого співвідношення між довжиною фібри та її діаметром l/d. Як показують експериментальні дослідження найефективніше значення l/d=80...120. Армування фібрами, як правило, становить 0,5...4% за об’ємом. Розмір зерен заповнювачів приймають не більшим за 1/3 довжини фібр. Дискретне розташування фібр від 1,25 до 2,5% в бетоні підвищує його тріщиностійкість на 30...80%. Міцність сталефібробетону на осьовий розтяг порівняно із звичайним важким бетоном збільшується мало, а на розтяг при згині — у 3...4 рази. Фібри ефективно підвищують міцність бетону при ударі, його морозостійкість, водонепроникність, тобто сприяють довговічності конструкції.

Стикування арматури