Некоторые классы арматуры

Таблица 1.

Наименование	Обыкновенная	Высокопрочная
Стержневая горячекатанная	Проволочная	Стержневая	Проволочная
Класс	А-I (А240)	А-II (А300)	А-III (А400)	А500	Bp-I (В500)	А-IV (А600)	А-V (А800)	А-VI (А1000)	Bp –II (В1500)
Расчётное сопротивление растяжению, МПа			365 (355)						850…1250
Вид поверхности	гладкая	периодического профиля (рифлёная)
Основной прочностной показатель	Физический предел текучести (σ у)	Условный предел текучести (σ0,2)
Применение в конструкциях	Для подъёмных петель		Ненапрягаемая рабочая: продольная и поперечная	Напрягаемая рабочая продольная   Чем выше класс арматуры, тем больше должен быть класс бетона.
Конструктивная

 

Почему прочностной характеристикой высокопрочной арматуры является условный предел текучести. Высокопрочная арматура, в отличие от обыкновенной, не имеет физического предела текучести (на диаграмме её деформирования отсутствует площадка текучести). Поэтому в качестве границы безопасной работы высокопрочной арматуры принят условный предел текучести – напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0,2%. Напряжения в высокопрочной арматуре могут превышать условный предел текучести, что учитывается в расчётах коэффициентом g_s6.

Почему для монтажных петель применяют только арматуру класса А-I. У этого класса арматуры самые высокие пластические свойства, которые позволяют загибать стержни с малыми радиусами кривизны. Если аналогичные петли выполнять из более прочной стали, в них могут появиться трещины, которые приведут к излому петель. Трещины в петлях наиболее опасны в процессе подъёма конструкции.

Почему в качестве напрягаемой применяют только высокопрочную арматуру. В процессе натяжения в арматуре создают напряжения, близкие к её нормативному сопротивлению. Высокопрочная арматура характеризуется высокими значениями нормативного сопротивления, поэтому, в отличие от обыкновенной арматуры, позволяет создавать более высокие значения предварительных напряжений, несмотря на значительные их потери под влиянием различных факторов (ползучести бетона и др.). Величина предварительных напряжений в обыкновенной арматуре невелика и все они будут утрачены в результате потерь.

Почему в конструкциях без предварительного напряжения не применяют высокопрочную арматуру. В конструкциях без предварительного напряжения при действии эксплуатационной нагрузки допустимая ширина раскрытия трещин составляет 0,2…0,3 мм, при этом напряжения в арматуре не превышают 250…300 МПа. Расчётное сопротивление высокопрочной арматуры может достигать 1000 МПа и более, поэтому ей замечательные прочностные возможности в конструкциях без предварительного напряжения будут недоиспользованы.

Почему в элементах с высокопрочной арматурой необходимо применять бетон более высоких классов. Высокопрочная арматура используется в предварительно напряженных конструкциях. Повышение класса бетона в связи с использованием высокопрочной арматуры вызвано необходимостью либо обеспечить требуемую прочность сечений при обжатии, либо уменьшить потери напряжений в напрягаемой арматуре. Для этого необходимо повысить передаточную прочность бетона R_bp, а вместе с ней – и класс бетона.

Почему арматура периодического профиля является более эффективной. Периодический профиль арматуры применяется в целях улучшения её сцепления с бетоном, которое возрастает в 2…3 раза. Использование промасленной, грязной или ржавой арматуры ухудшает сцепление. Надёжное сцепление арматуры с бетоном обеспечивает совместность их деформаций. Ухудшение сцепления приводи к росту прогибов и ширины раскрытия трещин, а нарушение сцепления – к разрушению конструкций.

Почему с увеличением диаметра арматуры увеличивается ширина раскрытия трещин в конструкциях. При увеличении диаметра арматуры в 2 раза площадь сечения увеличивается в 2² = 4 раза, усилие в ней также возрастает в 4 раза, а периметр увеличивается только в 2 раза. Таким образом, увеличение контакта арматуры с бетоном отстаёт от роста усилия, поэтому при одинаковых напряжениях в арматуре с увеличением диаметра ухудшается сцепление и возрастает раскрытие трещин.

Новый унифицированный класс арматуры А500. В настоящее время в России и странах Европейского Сообщества намечается переход к производству и применению только одного унифицированного класса ненапрягаемой (рабочей и конструктивной) арматуры – А500. Состав, свойства и технология изготовления нового класса арматуры соответствуют требованиям евростандарта EN10080. Низкое содержание углерода (не более 0,22%) улучшает свариваемость и пластические свойства арматуры, а термомеханическое упрочнение повышает прочность (по сравнению с арматурой А400 прочность выше на 23%). Благодаря улучшенному серповидному профилю внешней поверхности арматуры (европрофилю) повышается её сцепление с бетоном. Стоимость арматуры класса А500 не выше, чем у традиционно применяемой ненапрягаемой арматуры класса А400. Таким образом, широкое применение арматуры класса А500 позволит повысить безопасность сооружений и снизить расход арматуры.

5. Основные положения расчёта железобетонных конструкций

С 1955 г. в нашей стране расчёт строительных конструкций производится по методу предельных состояний. Цель расчёта – не допустить наступления предельных состояний при эксплуатации и возведении зданий и сооружений.

Под предельным состоянием конструкции понимают такое её состояние, при котором она перестает удовлетворять предъявляемым к ней требованиям безопасности или эксплуатационной пригодности.

Различают 2 группы предельных состояний:

4 1-я группа: по потере несущей способности, т.е. полной непригодности конструкции к эксплуатации.

4 2-я группа: по непригодности к нормальной эксплуатации, т.е. эксплуатации, осуществляемой в соответствии с предусмотренными технологическими или бытовыми условиями. Эти предельные состояния затрудняют эксплуатацию, принципиально не исключая её возможности.

Для железобетонных конструкций обычно проводят расчеты:

4 по 1-й группе предельных состояний – на прочность:

· по нормальному сечению (подбор продольной арматуры);

· по наклонному сечению (подбор поперечной арматуры).

4 по 2-й группе предельных состояний:

· по образованию трещин;

· по раскрытию трещин;

· по деформациям (прогибам).

В данной работе мы ограничиваемся расчетом по 1-й группе предельных состояний. В общем виде условие расчёта выглядит следующим образом:

S ≤ R или Ψ = R – S ≥ 0,

где

S – суммарная расчётная нагрузка на конструкцию;

R – несущая способность конструкции;

Ψ; – резерв (запас) прочности конструкции.

Что такое несущая способность конструкции. В качественном отношении – это способность конструкции воспринимать нагрузку. В количественном отношении – это максимальная величина нагрузки, которую может выдержать конструкция.

6. Расчёт изгибаемых элементов по несущей способности

Что такое граничная относительная высота сжатой зоны бетона. В сечении железобетонного элемента, находящегося под нагрузкой, имеются сжатая и растянутая зоны. При расчёте по прочности считается, что усилия в сжатой зоне воспринимаются бетоном, а в растянутой – продольной арматурой (рис. П-3).

Высота сжатой зоны бетона обозначается «x». Относительной высотой сжатой зоны ξ является отношение её фактической высоты x к рабочей высоте сечения h ₀:

.

Рис. П-3. Схема усилий в нормальном сечении изгибаемого элемента при расчёте по прочности.

Экспериментально установлено, что если в предельном состоянии (т.е. перед разрушением) высота сжатой зоны окажется меньше некоторого граничного значения x_R, то разрушение начинается с наступления расчётного сопротивления (физического или условного предела текучести) в арматуре и заканчивается раздроблением сжатого бетона. Такое разрушение происходит плавно, постепенно.

Если высота сжатой зоны x > x_R, то разрушение начинается с раздробления бетона, имеет хрупкий характер и происходит внезапно. Напряжения в арматуре при этом не достигают расчётного сопротивления, т.е. прочность арматуры недоиспользуется.

Элементы, для которых характерно такое разрушение, называются переармированными. Их использование неэкономично и опасно. Поэтому такие элементы в строительстве, как правило, не применяются.

При x = x_R наступление текучести в арматуре и раздробление сжатого бетона происходят одновременно.

Для сравнения граничной высоты сжатой зоны у различных сечений пользуются понятием относительной граничной высоты:

.

При проектировании железобетонных элементов требуется, чтобы выполнялось условие: ξ ≤ ξ _R. Для этого случая справедливы все основные расчётные формулы для подбора арматуры и определения несущей способности сечения.

Всегда ли повышение площади растянутой арматуры приводит к повышению несущей способности сечения изгибаемого элемента. При ξ ≤ ξ _R увеличение количества продольной арматуры приводит к повышению несущей способности сечения, но одновременно увеличивает высоту сжатой зоны в предельном состоянии. По мере приближения относительной высоты сжатой зоны к своему предельному значению ξ _R повышение несущей способности становится менее интенсивным, и прекращается совсем при ξ = ξ _R.

Как влияет прочность бетона на несущую способность нормального сечения изгибаемого элемента. Прочность бетона влияет не столь существенно, как это кажется на первый взгляд. При сохранении армирования неизменным с увеличением прочности бетона R_b пропорционально уменьшается высота сжатой зоны х. Это приводит к увеличению плеча внутренней пары сил (z_b = h₀ – 0,5 x), которое растёт намного медленнее, чем уменьшается х. Поэтому повышение класса бетона слабо увеличивает прочность сечения.

Какое поперечное сечение изгибаемого элемента является более рациональным: прямоугольное или тавровое. Более рациональным является тавровое сечение, если его полка расположена в сжатой зоне. Такой тип сечения позволяет при сохранении той же несущей способности сократить расход бетона, убрав его лишнюю часть из растянутой зоны. Однако в тавровом сечении может наблюдаться более раннее образование и более значительное раскрытие нормальных трещин, чем в равнопрочном прямоугольном сечении той же высоты. Если же полка таврового сечения находится в растянутой зоне, то такое сечение рассчитывают на прочность как прямоугольное шириной, равной ширине стенки (ребра). Более нерациональное сечение трудно придумать, однако и такие сечения иногда бывают полезными (например, в ригелях перекрытий). Наличие полок в растянутой (нижней) зоне позволяет опирать на них панели перекрытий, что приводит к уменьшению высоты перекрытия.