Лекция 7. Арматура для железобетонных конструкций

Арматурой называют стержни, размещаемые в бетоне в соответствии с расчетом, конструктивными и производственными требованиями.

Арматуру в железобетонных конструкциях устанавливают для восприятия растягивающих напряжений или усиления сжатого бетон. В качестве арматуры применяют в основном сталь. В ряде случаев возможно применение и других материалов. Например, стеклопластика, обладающего высокой прочностью, химической стойкостью.

Виды арматуры

По назначению различают арматуру рабочую, устанавливаемую по расчету, конструктивную и монтажную, применяемые из конструктивных и технологических соображений. Конструктивная арматура воспринимает не учитываемые расчетом усилия усадки бетона, изменения температуры, равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями и т.д., монтажная обеспечивает проектное положение рабочей арматуры, объединяет ее в каркасы и т.п. (рис. 1).

По способу изготовления различают арматуру:

• горячекатаную (получаемую способом проката) — стержневую;

• холоднотянутую (изготовляемую путем вытяжки в холодном состоянии) — проволочную.

По профилю поверхности различают арматурные стали гладкие и периодического профиля (рис. 2). Последние обладают лучшим сцеплением с бетоном и в настоящее время являются основной арматурой.

По способу применения арматуру делят на напрягаемую и ненапрягаемую.

Горячекатаная и холоднотянутая арматура называется гибкой. Помимо нее в конструкциях в ряде случаев применяют жесткую (несущую) арматуру из прокатных или сварных двутавров, швеллеров, уголков и т. п.

Физико-механические свойства

Эти свойства арматуры зависят от химического состава, способа производства и обработки.

В мягких сталях содержание углерода составляет обычно 0,2...0,4 %. Увеличение количества углерода приводит к повышению прочности при одновременном снижении деформативности и свариваемости. Изменение свойств сталей может быть достигнуто введением легирующих добавок. Марганец, хром повышают прочность без существенного снижения деформативности. Кремний, увеличивая прочность, ухудшает свариваемость.

Повышение прочности может быть достигнуто также термическим упрочнением и механической вытяжкой.

При термическом упрочнении вначале осуществляют нагрев арматуры до 800...900 °С и быстрое охлаждение, а затем нагрев до 300...400°С с постепенным охлаждением.

При механическом вытягивании арматуры на 3...5 % вследствие структурных изменений кристаллической решетки — наклепа сталь упрочняется. При повторной вытяжке (нагрузке) предел текучести существенно повысится.

Основные механические свойства сталей характеризуются диаграммой «напряжения—деформации», получаемой путем испытания на растяжение стандартных образцов. Все арматурные стали по характеру диаграмм «-» подразделяются на:

1) стали с явно выраженной площадкой текучести (мягкие стали);

2) стали с неявно выраженной площадкой текучести (низколегированные, термически упрочненные стали);

3) стали с линейной зависимостью «-» почти до разрыва (высокопрочная проволока).

Основные прочностные характеристики:

для сталей вида 1 — физический предел текучести _у;

для сталей видов 2 и 3— условный предел текучести _0,2, принимаемый равным напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2 %, и условный предел упругости _0,02, при котором остаточные деформации 0,02 %.

Помимо этого характеристиками диаграмм являются предел прочности _su (временное сопротивление) и предельное удлинение при разрыве, характеризующее пластические свойства стали.

Малые предельные удлинения могут послужить причиной хрупкого обрыва арматуры под нагрузкой и разрушения конструкции; высокие пластические свойства сталей создают благоприятные условия для работы железобетонных конструкций (перераспределение усилий в статически неопределимых системах, при интенсивных динамических воздействиях и т. п.).

В зависимости от типа конструкций и условий эксплуатации наряду с основной характеристикой — диаграммой «-» в ряде случаев необходимо учитывать другие свойства арматурных сталей: свариваемость, реологические свойства, динамическое упрочнение и т. п.

Под свариваемостью понимают способность арматуры к надежному соединению с помощью электросварки без трещин, каверн и других дефектов в зоне сварного шва.

Реологические свойства характеризуются ползучестью и релаксацией.

Ползучесть арматурных сталей проявляется лишь при больших напряжениях и высоких температурах.

Гораздо опаснее релаксация – падение напряжений во времени при неизменной длине образца (отсутствии деформаций).

Усталостное разрушение наблюдается при действии многократно повторяющейся нагрузки при пониженном сопротивлении и носит хрупкий характер.

Динамическое упрочнение имеет место при действии кратковременных динамических нагрузок большой интенсивности (взрывных, сейсмических).

Классификация арматуры

Все арматурные стали разделяют на классы, объединяющие стали с одинаковыми прочностными и деформативными свойствами. При этом к одному классу могут относиться стали, отличающиеся по химическому составу, т. е. разных марок.

Стержневая арматура согласно СНиП 2.03.01-84 (СНиП 52-01-2003) обозначается буквой А и римской цифрой и бывает:

• горячекатаная — гладкая класса A-I (А-240);

• периодического профиля классов A-II (А-300), A-III (А-400), A-IV, A-V и A-VI;

• термически и термомеханически упрочненная—периодического профиля классов Ат- III, Ат - IV, Ат - V, Ат-VI (до А-1500);

• механически упрочненная класса А- IIIв.

• Для дополнительной характеристики стержневой арматуры, необходимой при использовании ее в определенных условиях, к обозначениям классов вводятся индексы. Индекс «С» в обозначении термически и термомеханически упрочненной арматуры указывает на возможность соединения стержней с помощью сварки; «К» — на повышенную стойкость к коррозии под напря­жением (Ат - IVK); «СК» — на возможность сварки и повышенную стойкость к коррозии под напряжением (Аt-VCK). Индекс «с» употребляется для арматуры, рекомендуемой к использованию в условиях низких температур, например класса Ас-II из стали марки 10ГТ.

• Холоднотянутая проволочная арматура обозначается буквой В и римской цифрой и подразделяется на обыкновенную арматурную проволоку рифленую (периодического профиля) класса Вр-I и гладкую класса B-I (В-500), а также высокопрочную гладкую проволоку класса В-II и периодического профиля класса Вр-II (В-2000).

• Арматурные изделия

• Для ускорения производства работ ненапрягаемая гибкая арматура (отдельные cтержни) объединяется в каркасы и сетки, в которых стержни в местах пересечений соединяются контактной точечной сваркой или вязкой. В отдельных случаях допускается применение дуговой сварки.

• Сварные каркасы образуются из продольных и поперечных стержней. Продольные рабочие стержни устраивают в один или два ряда. Приварка продольных стержней к поперечным с одной стороны более технологична, чем с двух.

• Плоские каркасы обычно объединяются в пространственные, которые должны обладать достаточной жесткостью для возможности складирования, транспортирования и сохранения проектного положения в форме.

• Сварные сетки выполняют из сталей классов B-I, Bp-I, A-I, A-II, A-III. Сварные сетки можно конструировать, предусматривая их последующее сгибание в одной плоскости на специальных станках. Сетки бывают плоские и рулонные, с продольной и поперечной рабочей арматурой.

• Рулонные сетки с продольной рабочей арматурой изготовляют при диаметре продольных стержней не более 5 мм. При диаметре более 5 мм применяют сетки с поперечной рабочей арматурой или плоские. Максимальный диаметр поперечных стержней плоских и рулонных сеток 8 мм. Длина сетки в рулоне 50...100 м, поэтому для использования в конструкциях сетки разрезают по месту.

• Армирование конструкции отдельными высокопрочными проволоками (вследствие их большого числа) трудоемко и часто приводит к излишнему развитию сечений элементов. В связи с этим проволоку укрупняют в канаты и пучки. Канаты обычно изготовляют из 7 или 19 проволок одного диаметра (обозначение К-7 или К-19 [от К1400 до К2500]), навивая на центральную прямолинейную проволоку остальные в один или несколько слоев. Диаметр проволок канатов К-7 от 2 до 5 мм. Пучки состоят из параллельных высокопрочных проволок (14, 18, 24 шт.) или канатов. Пучки могут иметь по концам анкеры, а по длине обматываются мягкой проволокой.