1. Назначение и виды арматуры

Арматура в железобетонных конструкциях устанав­ливается преимущественно для восприятия растягиваю­щих усилий и усиления бетона сжатых зон конструкций. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.

Арматура, устанавливаемая по расчету, носит назва­ние рабочей арматуры; устанавливаемая по конструк­тивным, технологическим соображениям, по условиям монтажа, носит назва­ние конструк­тивной арматуры. Конструк­тивная арматура обеспе­чивает проектное положение рабочей арматуры в конструкции и более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры. Кроме того, конструк­тивная арматура может воспринимать обычно не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, из­менения температуры конструкции и т. п.

Рис. 1.7. Железобетонные элементы и их арматура

а —сетка; б —плоские карка­сы; в — пространственный кар­кас; 1 —плита; 2 — балка; 3 —колонна

2. Механические свойства арматурных сталей

Характеристики прочности и деформаций арматурных сталей устанавливают по диаграмме os—sSt получаемой из испытания образцов на растяжение (рис. 1.8). Горя­чекатаная арматурная сталь с площадкой текучести на 0.2%

Напряже­ние, при котором деформации развиваются без заметно­го увеличения нагрузки, называется физическим преде­лом текучести арматурной стали, а напряжение, непо­средственно предшествующее разрыву, носит название временного сопротивления арматурной стали а«. Повышение прочности горячекатаной арматурной стали и уменьшение удлинения при разрыве достигаются введением в ее состав углерода и различных легирую­щих добавок: марганца, кремния, хрома и др. Содержа­ние углерода свыше 0,3—0,5 % снижает пластичность и ухудшает свариваемость стали. Марганец повышает прочность стали без существенного снижения ее пластич­ности. Кремний, повышая прочность стали, ухудшает ее свариваемость. Содержание легирующих добавок не­большое и обычно составляет 0,6—2 %. Существенного повышения прочности горячекатаной арматурной стали (в несколько раз) достигают термиче­ским упрочнением или холодным деформированием. При термическом упрочнении осуществляются закалка ар­матурной стали (нагревом до 800, 900 °С и быстрым ох­лаждением), затем частичный отпуск (нагревом до 300— 400°С и постепенные охлаждением).

Рис. 1.8. Диаграммы а8—е« при растяжении арматурной стали

a — с площадкой текуче­сти (мягкой); б —с условным пределом теку­чести

Пластические свойства арматурных сталей имеют большое значение для работы железобетонных конструк­ций под нагрузкой, механизации арматурных работ, удобства натяжения напрягаемой арматуры и др. Арма­турная сталь обладает достаточной пластичностью, од­нако понижение ее пластических свойств может стать причиной хрупкого (внезапного) разрыва арматуры в конструкциях под нагрузкой, хрупкого излома напряга­емой арматуры в местах резкого перегиба или при за­креплении в захватах и т. п. Пластические свойства ар­матурных сталей характеризуются относительным уд­линением при испытании на разрыв образцов длиной, равной пяти диаметрам стержня, или 100 мм, а также оцениваются испытанием на загиб в холодном состоянии вокруг оправки толщиной 3—5 диаметров стержня. Полное относительное удлинение после разрыва б, ,%, устанавливается по изменению первоначальной дли­ны образца, включающей длину шейки разрыва, а отно­сительное равномерное удлинение после разрыва бр, ,%,— по изменению длины образца на участке, не вклю­чающем длину шейки разрыва. Минимально допустимое относительное удлинение и требования при испытании на холодный загиб установлены стандартами и техниче­скими условиями.

Свариваемость арматурных сталей характеризуется надежным соединением, отсутствием трещин и. другие пороков металла в швах и прилегающих зонах.

Хладноломкостью, или склонностью к хрупкому раз­рушению под напряжением при отрицательных темпера­турах (ниже минус 30 °С), обладают горячекатаные ар­матурные стали периодического профиля некоторых видов — из полуспокойной мартеновской и конвертерной стали и др. Арматурные стали из высокопрочной прово­локи и термически упрочненные обладают более низким порогом хладноломкости.

Реологические свойства арматурной стали характери­зуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть арматур­ной стали нарастает с повышением напряжений и рос­том температуры. Релаксация, или уменьшение напря­жений, наблюдается в арматурных стержнях при неизменной длине — отсутствии деформаций.

Усталостное разрушение арматурной стали наблюда­ется при действии многократно повторяющейся нагруз­ки, оно носит хрупкий характер. Предел выносливости арматурной стали в железобетонных конструкциях за­висит от числа повторений нагрузки п, характеристики цикла p=Oimn/omax, качества сцепления и наличия трещин в бетоне растянутой зоны и др. С увеличением чис­ла циклов предел выносливости уменьшается.

Динамическая прочность арматурной стали наблюда­ется при нагрузках большой интенсивности, действующих на сооружение за весьма короткий промежуток времени. В условиях высокой скорости деформирования арматур­ные стали работают упруго при напряжениях, превыша­ющих физический предел текучести, при этом происходит запаздывание пластических деформаций. Превышение динамического предела текучести над статическим пре­делом текучести связано с временем запаздывания. Высокотемпературный нагрев арматурных сталей при­водит к изменению структуры металла и снижению прочности. Так, при нагреве до 400 °С предел текучести горячекатаной арматуры класса A-III уменьшается на 30 %, классов А-Н и A-I — на 40 %, модуль упругости уменьшается- на 15 %. Заметное проявление ползучести арматуры в конструкциях под нагрузкой наблюдается при температуре свыше 350 °С, При нагреве происходит отжиг и потеря наклепа арматуры, упрочненной холод­ным деформированием, поэтому временное сопротивле­ние у высокопрочной арматурной проволоки снижается интенсивнее, чем у горячекатаной арматуры.