Сущность железобетона. Условия существования железобетона. Достоинства и недостатки железобетона

Лектор: - зав. кафедрой, д.т.н., профессор

кафедра ЖБК, ауд. 170

Железобетонные и каменные конструкции Часть 1

Основная литература:

1. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Общие положения. 2. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. 3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. 4. СП 52-102-2003. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. 5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. 6. Байков, В.Н., Сигалов, Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. М. - 1989. 7. Бондаренко, В.М., Суворкин, Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. М. – 1987. 8. Курмей, Г.Е., Редько, Ю.М., Рохлин, М.А. Электронные методические указания MUP-M к выполнению курсового проекта многоэтажного здания в монолитном варианте

Лекция №1

СУЩНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

1. Сущность железобетона

Рис. 1.1. Диаграмма зависимости

Средняя относительная предельная растяжимость бетона (или 0,00015), Средняя относительная предельная сжимаемость (или 0,002)

Рис.1.2. Схема разрушения бетонной балки 1 – нейтральный слой (ось); 2 – сжатая зона балки; 3 – растянутая зона балки; 4 – трещина в нормальном сечении

Рис. 1.3. Диаграмма зависимости

Если судить по диаграмме зависимости стали , сталь – это упругопластический материал.

Рис. 1.4. Схема разрушения железобетонной балки 1 – нейтральный слой (ось); 2 – сжатая зона балки; 3 – растянутая зона балки; 4 – трещины в нормальных сечениях; 5 – трещины в наклонных сечениях; 6 – стальная арматура; 7 – раздробление бетона сжатой зоны

Рис. 1.5. Диаграммы зависимости для бетона и арматуры ––––– – диаграмма растянутого бетона; ––––– – диаграмма растяжения стали класса А 400

Железобетон – это комплексный конструктивный материал, в котором бетон и арматура деформируются под нагрузкой как единое монолитное целое. Можно сформулировать понятие железобетона как армированного композитного материала.

2. Условия существования железобетона

1. Обеспечение совместных деформаций бетона и арматуры

Возможны два технологических приема передачи:

• за счет сцепления арматуры и бетона вдоль всей
• конструкции (рис. 1.6, а)

- за счет анкеров, устраиваемых по торцам балки (рис. 1.6, б) а)

б)

Рис. 1.6. Технологические приемы передачи усилий с бетона на арматуру   а) – передача внешней нагрузки за счет сцепления арматуры с бетоном; б) – анкеровка арматуры путем устройства на концах специальных анкеров

2. Примерное равенство коэффициентов температурного расширения



3. Наличие защиты арматуры от воздействий окружающей среды

Рис. 1.7. Защитный слой бетона

3.Достоинства и недостатки железобетона

Достоинства:

1.  Высокая прочность. 2.  Долговечность 3.  Огнестойкость 4.  Стойкость против атмосферных явлений. 5.  Доступность составляющих железобетонных компонентов. 6.  Экономичность при изготовлении и эксплуатации. 7. Эстетичность, архитектурная выразительность

Недостатки:

1.  Большой вес 2. Раннее образование стохастических трещин в растянутой зоне.

4. Виды ЖБК

Сборные конструкции – конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных в заводских условиях элементов (рис.1.8)

Существует 3 типа технологий изготовления сборных конструкций:

• конвейерная технология - принудительное движение конструкций по конвейеру;
• поточно-агрегатная технология – технологический
• ритм перемещения не установлен, т.е. свободный;
• - стендовая технология – стационарное изготовление конструкций на одном месте.

а) б)

Рис.1.8. Конструктивные элементы в сборном исполнении а) – конструктивные элементы завода по изготовлению железобетонных изделий; б) – конструкции жилого дома со связевым каркасом (серия ИИ – 04) 1 – колонны; 2 – ригели; 3 – плиты перекрытия (панели); 4 – диафрагмы жесткости

Достоинство сборных конструкций: 1.  индустриализация и технологичность; 2. в зимний период работы не требуют дополнительных затрат; 3. снижение расхода материалов на устройство подмостей и опалубки. Недостатки сборных конструкций: 1.  трудоемкость сопряжения стыков; 2.  высокая стоимость и металлоемкость стыков; 3.  уменьшение жесткости элементов вследствие нарушения общей пространственной неразрезности (статическая неопределимость); 4.  транспортировка массивных габаритных изделий; 5. потребность в подъемных механизмах большой грузоподъемности.

Монолитные конструкции – конструкции, возведение которых осуществляется на строительной площадке укладкой бетонной смеси в заранее приготовленную опалубку (рис.1.9)

б) а)

в)

Рис. 1.9. Конструктивные элементы в монолитном исполнении а) – конструктивные элементы безригельного каркаса; б) – наружная стена в опалубке; в) – модель жилого дома в монолитном исполнении

Достоинства: 1.  пространственная неразрезность зданий и сооружений; 2. повышенная огнестойкость и надёжность зданий и сооружений; 3. хорошая сопротивляемость сейсмическим воздействиям; 4. эстетичность и архитектурная выразительность. Недостатки: 1. сезонность работ - при низких температурах возрастает стоимость возведения; 2. затраты на устройство опалубки; 3. зависимость от твердения бетона в нормальных условиях; 4. более тяжелые условия труда – на открытых площадках.

Сборно-монолитные конструкции – комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон работает под нагрузкой как единое целое (рис.1.10)

Рис. 1.10. Конструктивные элементы в сборно-монолитном исполнении  а) – сборно-монолитный каркас «Чебоксарской серии» (французский аналог); б) – схема конструкций сборно-монолитного исполнения; в) – замоноличивание монолитных плит перекрытий «Чебоксарской серии»; г) – сборно-монолитный безригельный каркас

а) б) в) г)

5. Область применения Спектр применения железобетонных конструкций широкий: - гидростроительство (ГЭС, плотины); - транспортное строительство (кроме железнодорожных мостов); - промышленное, сельскохозяйственное, гражданское (в том числе жилищное) строительство. - горная промышленность, - строительство подземных, подводных и искусственных сооружений.

Рис. 1.11. Монолитное ребристое перекрытие  1 – колонна; 2 – главная балка; 3 – второстепенная балка; 4 – плита; 5 – рабочая арматура плиты; 6, 7, 8 – то же, соответственно для второстепенной и главной балок и колонн

Основные этапы развития железобетона Первый этап - конец XIX века. С этого времени вошел в практику метод расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям, основанный на законах сопротивления упругих материалов. На развитие железобетона большое влияние оказали труды таких ученых как Н.М. Абрамова, И.Г. Малюги, А.А. Байкова и др. В 1905 А.Ф. Лолейт приступил к разработке теории железобетонных тавровых сечений и безбалочных перекрытий, а в 1908 соорудил в Москве, впервые в мире, ряд таких перекрытий, существующих и поныне.

а) б)

Рис.1.12. Железобетонный маяк в г. Николаеве а) – фотография; б) – схема

Второй этап – 1917-1950 годы XX века. В 1928 г. поставлен вопрос о применении предварительного напряжения (первая идея принадлежала А.В. Гадолину, который в 1861 году осуществил ее к стальным стволам орудий). В.З. Власов первым разработал общий практический метод расчета оболочек. В 1930 г. Н.И. Молотилов стал первым заведующим кафедрой ЖБК Сибирского строительного института, ныне НГАСУ (Сибстрин). В 1932 году А.Ф. Лолейт выдвинул новую теорию железобетона – гипотезу о предельном равновесии, в основу которой был положен отказ от методов расчета по допустимым напряжениям и переход на расчет по критическим усилиям, с введением определенного коэффициента запаса прочности. Эта гипотеза стала основой строительных норм. Начиная с 1940 года В.И. Мурашев создает теорию трещиностойкости и жесткости железобетона.

а) б)

Рис. 1.13.Волховская ГЭС  а) – фотография; б) – схема а) б)

в) г)

Рис. 1.14. Новосибирский государственный академический театр Оперы и Балета а) – общий вид (1945 г.); б) – совмещенный план зала и фойе; в)– вид сверху; г) – купол театра

Третий этап – конец 50-х годов XX века. Этот этап характеризуется широкой индустриализацией железобетонного строительства, развитием предварительно напряженных конструкций, внедрением высокопрочных материалов. Выдающимся примером третьего этапа может служить построенная в 1967 году Останкинская телебашня – выдающееся творение строительной техники XX века. 1984 – 1995 гг – это годы становления нового направления в теории железобетона на основе диаграммно – энергетического подхода, предложенного В.М. ым, который впоследствии получил развитие на кафедре ЖБК НГАСУ