Короткий історичний огляд про розвиток залізобетону

 

Перший патент на використання залізобетону у будівництві одержано у Франції. Першою відомою конструкцією був човен, створений французом Ламбо у 1849 році з дротяної сітки, покритої цементним розчином.

Найпростіші залізобетонні балки та плити з’явилися в період 1860-1880 рр. Вони були досить примітивними, арматуру в них розміщали за інтуїцією, оскільки принципи роботи ЗБК ще не були відомі. Активні пошуки конструктивних форм залізобетону і принципів його армування почалися приблизно із 1880 р.

У 1891 році в Петербурзі під керівництвом професора М.А.Белелюбського розпочалися дослідження залізобетонних плит, склепінь, труб, резервуарів та аркового мосту прольотом 17 м. У той же час розпочала систематичні дослідження ЗБК механічна лабораторія Інституту інженерів шляхів сполучення і у 1899 році на залізницях Росії почали застосовувати залізобетон.

У 1904 році в м. Миколаєві вперше в світі було збудовано залізобетонний маяк заввишки 40 м, а у 1908 році вперше в Європі зведено залізобетонні безбалкові перекриття складу молочних продуктів у Москві.

У 30-х роках француз Е.Фрейсіне запропонував і впровадив у будівництво попередньо напружений залізобетон.

У колишньому СРСР у період 20-х років створюються проектні організації, які розробляють проекти великих промислових підприємств та інженерних споруд: Волховська та Дніпровська ГЕС, Московський метрополітен, міст через р. Дніпро у Дніпропетровську, Перший державний підшипниковий завод, друкарня газети «Правда».

Починаючи із 1928 року, в будівельну практику ввійшли розроблені радянськими вченими Б.Власовим, О.Гвоздьовим, П.Пастернаком тонкостінні просторові покриття — оболонки, складки, бані.

Із розширенням використання залізобетону удосконалюються і методи розрахунку ЗБК. До 1938 року в СРСР ЗБК розраховували за методом допустимих напружень, суть якого полягає у тому, що залізобетон розглядали як пружний матеріал. Епюру напружень у стиснутій зоні бетону приймали трикутною. Справедливими вважалися гіпотеза плоских перерізів та закон Гука. Насправді залізобетон є пружно-пластичним матеріалом і уже при малих навантаженнях в ньому поряд з пружними виникають пластичні деформації. Тому виникає об’єктивна необхідність створення нової теорії розрахунку ЗБК, яка б відбивала їхній справжній напружено деформований стан.

У 1938 році в норми проектування було введено метод розрахунку ЗБК за руйнівними зусиллями, який запропонував на основі широких експериментальних досліджень А. Лолейт. Згідно з цією теорією, розрахунок міцності залізобетонних елементів (далі ЗБЕ) виконували на стадії руйнування у припущенні, що і в бетоні і в арматурі одночасно досягаються граничні напруження. Епюру напружень у бетоні стиснутої зони спочатку приймали у вигляді кубічної параболи, а потім за пропозицією П.Пастернака замінили на прямокутну. При цьому методі розрахунку відпала необхідність у використанні гіпотези плоских перерізів та закону Гука. Основним недоліком цього методу розрахунку став єдиний коефіцієнт запасу міцності перерізу (відношення руйнівного зусилля до зусилля на стадії експлуатації), який не міг врахувати з достатньою точністю вплив великого числа факторів на несучу здатність конструкцій, а саме: відмінність міцнісних характеристик бетону та арматури, відхилення фактичних навантажень від прийнятих у розрахунках, вплив особливостей роботи матеріалів і конструкцій тощо.

Із 1955 року в СРСР почали застосовувати метод розрахунку ЗБК за граничними станами, відмінність якого від попереднього полягає у тому, що вводиться система коефіцієнтів, які гарантують конструкцію від настання будь-якого граничного стану: втрата міцності, стійкості, тріщиностійкості та жорсткості.

У 50-х роках В. Мурашов створює теорію тріщиностійкості та деформативності ЗБК з урахуванням реальних властивостей матеріалу.

Завдяки дослідженням, що їх розпочав у 1930 році В. Михайлов, почали застосовувати попередньо напружені ЗБК, які дали можливість ефективно використовувати високоміцні сталі і бетони.

У повоєнний період найбільшого поширення набули збірні, у тому числі попередньо напружені конструкції.

На даному етапі відбувається дальше удосконалення ЗБК, технології їх виготовлення і монтажу, розвиток теорії залізобетону. В практику будівництва впроваджуються різновиди залізобетону, які мають кращі фізико-механічні властивості порівняно із залізобетоном (армоцементні конструкції, сталефібробетонні конструкції, полімербетон тощо).

 

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