Лекция 6: Бетонные и железобетонные конструкции

Бетон – искусственный каменный материал, состоит из цементного камня, тяжелых и легких заполнителей (гравий, щебень, керамзит, шлак, песок и пр.), пор и капилляров, заполненных воздухом и водой в жидкой и газообразной фазе.

Основные виды бетонов :

Цементный бетон – изготовленный из смеси цемента, заполнителей и

Силикатный бетон – изготовленный из смеси извести, воды, тонкомолотой добавки (из песка или шлака), песка и других заполнителей; применяется в изделиях автоклавного твердения

Ячеистый бетон – изготовленный из смеси вяжущего (цемент, известь), тонкодисперсного компонента (например, песок) и порообразователя; имеет равномерно распределенные поры размерами до 3 мм.

По объемному весу бетоны подразделяются:

Тяжелые – с объемным весом от 1800 до 2500 кг/м 3 ; изготавливаются с тяжелыми заполнителями (гравий, щебень)

Легкие – с объемным весом 600-1800 кг/м 3 ; к ним относятся бетоны с легкими заполнителями (керамзит, шлак, пемза) и ячеистый бетон

Железобетон – это рациональное сочетание двух различных по своим физико-механическим свойствам материалов – бетона и стали.

Свойства железобетона зависят от свойств исходных материалов , при этом появляется ряд ценных свойств, которыми не обладали составляющие материалы. Например, арматура воспринимает растягивающие напряжения, на которые плохо работает бетон. Бетон защищает арматуру от внешних воздействий (механических и химических), повышает несущую способность стальных элементов на сжатие.

Совместная работа бетона и стали обеспечивается силами сцепления , при этом благодаря близким коэффициентам линейного расширения практически не возникает внутренних напряжений при изменении температуры.

6.2 Виды железобетонных конструкций

В зависимости от создания начального напряжения железобетонные конструкции делятся на: обычные, предварительно напряженные

По способу производства железобетонные конструкции делятся на:

монолитные, сборные, сборно-монолитные

Из железобетона изготавливают :

− Фундаменты, подпорные стены

− Балки, плиты и настилы перекрытий и покрытий,

− Пространственные конструкции покрытий (оболочки, купола, складки)

− Башни, дымовые трубы

− Резервуары, бункера, напорные трубопроводы

− Конструкции мостов (опоры, устои), гидротехнических сооружений (плотины, катушки генераторов), атомных реакторов

Рисунок 6.1 - Монолитный железобетонный каркас с балочным

(ребристым) перекрытием: 1 – колонна, 2 – главная балка, 3 – второстепенная балка, 4 – плита, 5 – арматура плиты, 6 – арматура второстепенной балки, 7 – арматура главной балки, 8 – арматура колонны

6.3 Свойства бетона и железобетона

Основными свойствами железобетонных конструкций являются:

y морозостойкость (F)

y водонепроницаемость (W)

y стойкость против атмосферных явлений Прочность бетона в значительной степени зависит от :

− соотношений и свойств входящих в состав бетона материалов,

− методов укладки и обработки смеси,

− возраста к моменту загружения,

− размеров бетонного элемента, температуры и влажности среды, в

которой находится бетон.

Бетон имеет предел прочности при сжатии в 10-15 раз выше, чем при растяжении .

Стадии НДС бетона при сжатии

1 стадия – без видимых следов повреждения

σ < R т – напряжения сжатия в бетоне не достигли напряжений, при которых произойдет появление первых микротрещин.

R т =0,3-0,4R b – для слабых бетонов; R т =0,65-0,75R b – для прочных бетонов. 2а стадия – появление микротрещин

2б стадия – появление видимых трещин

3 стадия – развитие квазипластических деформаций, вызванных процессом микроразрушения бетона

На работу бетона в конструкции влияют :

• Длительность приложения нагрузки (разрушение бетона происходит при σ > R дл =0,8R b )

• Повторное приложение нагрузки (разрушение происходит при σ > R т )

Стадии НДС железобетона при изгибе

1 стадия – упругая (без трещин в растянутой зоне)

Бетон растянутой зоны сохраняет сплошность, деформации растянутой зоны не превышают значений ε bt = R bt /E b , арматура растянутой зоны практически не напряжена. Стадия характерна для малых нагрузок (15-20% от разрушающих).

2 стадия – образование трещин В бетоне растянутой зоны образуются и раскрываются трещины,

арматура включается в работу и при развитии трещин в ней развиваются неупругие деформации, свидетельствующие о приближении напряжений к пределу текучести σ y . Стадия характерна для эксплуатационных нагрузок (примерно 65% от разрушающих).

3 стадия – разрушение Самая короткая стадия. Напряжение в арматуре достигают предела

текучести. Различают два случая разрушения:

1 – пластическое разрушение нормально армированного элемента;

2 – хрупкое разрушение элемента с избыточным армированием.

6.4 Характерные дефекты бетонных и железобетонных конструкций

• Недостаточные прочность бетона, скорость схватывания, коррозионная стойкость

• Недостаточная звукоизоляция ограждающих конструкций

• Высокая теплопроводность ограждающих конструкций

• Принятая расчетная схема конструкций не соответствует принятым технологии производства работ, последовательности монтажа и конструкциям узлов.

• Недостаточное или избыточное армирование ж.б. элементов

• Низкая прочность бетона из-за:

• Изменения водоцементного отношения

• Изменения гранулометрического состава заполнителей

• Изменения состава бетона, свойств заполнителей, цемента, добавок

• Усадочные трещины из-за нарушения температурных и влажностных условий твердения, плохого уплотнения бетонной смеси

• Силовые трещины при обжатии бетона преднапряженной арматурой

• Технологические трещины в сборных конструкциях, связанные с нарушением условий распалубливания

• Проскальзывание ПН арматуры в бетоне из-за нарушений условий твердения и распалубливания сборной конструкции

• Нарушение схем армирования сборных ж.б. изделий

• Дефекты производства работ

• Применение бетона непроектной прочности

• Неравномерность бетонной смеси в опалубке монолитной конструкции, раковины, отверстия в бетоне

• Замораживание бетонной смеси на стадии твердения

• Нарушения технологических швов в бетоне, необработанные швы

• Сколы бетона от механических повреждений при распалубке, транспортировании, складировании, монтаже

• Силовые трещины при неправильном складировании, перевозке, монтаже

• Применение бракованных сборных ж.б. элементов (панели перекрытий, ригели и колонны каркаса, стеновые панели)

• Нарушение технологии выполнения узлов (полное или частичное отсутствие сварки, коррозионной защиты металлических деталей, герметизации и замоноличивания стыков)

• Недостаточное опирание сборных конструкций, крены, смещения осей, перекосы

• Осадочные трещины в узлах и сборных элементах

• Дефекты из-за нарушения норм эксплуатации

• Трещины в бетоне

• Силовые (нормальные и наклонные) трещины в растянутой зоне бетона из-за недостаточной несущей способности

• Продольные трещины по направлению рабочей арматуры изза коррозии арматуры

• Температурные трещины при перенапряжении бетона от температурных воздействий