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 и т. д.

6. Историческая справка

Железобетон появился не так давно одновременно в Европе и Америке. Правда, исследования показали, что из железобетона построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III век до н.э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах, а русские мастера еще в 1802 году при строительстве Царскосельского Дворца применяли армированный бетон, но не считали его новым материалом.

На роль родины железобетона претендовали Англия и США, но приоритет отдан Франции. В 1849 году Ж. Монье изготовил кадку для садовых растений, обмазав проволочный каркас цементным раствором. Именно сочетание таких двух материалов стало называться железобетоном. В России Ж. Монье был получен патент на железобетон в 1880 году, а сам способ строительства из железобетона долгие годы назывался «Системой Монье».

Если же подходить строже к истории, то оказывается еще в 1848 году адвокат по профессии Ж.-Л. Ламбо первым соорудил лодку из железобетона. Показанная в 1855 году на Парижской выставке лодка Ламбо произвела настоящую сенсацию. История железобетона начала свой отсчет.

Штукатур из Ньюкасла У. Уилкинсон в 1854 году получил патент на конструкцию огнестойкого перекрытия, состоящего из железных полос, укладываемых на расстоянии 2 фута друг от друга и заливаемых бетоном. Причем для повышения прочности перекрытия полосы следует укладывать в нижней части сечения, а над опорами отгибать их в верхнюю часть. У. Уилкинсон был первым, кто понял принцип рационального армирования железобетона. Идеи его в самой Англии особого внимания в это время не привлекли, но в элементах конструкции, работающих на сжатие, применение бетона продолжало расширяться.

В 1864 году Ф. Куанье во Франции построил первую церковь из железобетона. Спустя почти 20 лет из железобетона появилась первая церковь в Лондоне. Вклад Ф. Куанье в развитие железобетона огромен. В 1855 году он получил патент, фактически повторявший патент У. Уилкинсона, а в 1861 году опубликовал брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», где впервые указал на то, что бетон и стальные стержни в нем работают совместно. Около 20 лет Ф. Куанье строил железобетонные сооружения во Франции и других странах.

План:

4.1. Конструирование

4.1. Конструктивные особенности изгибаемых элементов.

Наиболее распространенные изгибаемые элементы железобетонных конструкций - плиты и балки. Балками называют линейные элементы, длина которых l значительно больше поперечных размеров h и b. Плитами называют плоские элементы, толщина которых h значительно меньше длины l и ширины b.

Плиты и балки могут быть однопролетными и многопролетными.

Рис.7.Схемы армирования плит : а – однопролетная; б – многопролетная монолитная плита.

Такие плиты деформируются подобно балочным конструкциям при различного рода нагрузках (балочные плиты), если значения этих нагрузок не изменяется в направлении, перпендикулярном пролету (плиты, опертые по контуру).

Армируют плиты сварными сетками. Сетки укладывают в плитах так, чтобы стержни их рабочей арматуры укладывались вдоль пролета и воспринимали растягивающие усилия, возникающие в конструкции при изгибе под нагрузкой, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов. Поэтому сетки в плитах размещаются понизу, а в многопролетных плитах - также и поверху, над промежуточными опорами ,то есть в соответствии с эпюрой моментов.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром (310)мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100 200 мм один от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10мм, в особо толстых плитах (толщина 100мм) - не менее 15мм.

Поперечные стержни сеток (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкций, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки применяют в отдельных случаях (плиты сложной конфигурации или с большим количеством проемов), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.

Железобетонные балки могут быть прямоугольного, таврового, двутаврового и трапециевидного сечения.

Высота балок h колеблется в широких пределах; она составляет 1/10 1/20 часть пролета в зависимости от нагрузки и типа конструкции. В целях унификации высоту балок назначают кратной 50 мм, если она не более 500 мм, и кратной 100 мм - при больших размерах.

Ширину прямоугольных поперечных сечений b принимают в пределах(0.3 0.5) h.

Рис. 8. Схема армирования сечения железобетонных балок:

а_l - защитный слой бетона для рабочей продольной арматуры; принимается :

• не менее 20 мм при h250 мм

• не менее 15 мм при h<250 мм

• не менее диаметра арматуры

а_w - защитный слой бетона для поперечной арматуры; принимается :

• не менее 15 мм при h250 мм

• не менее 10 мм при h<250 мм

а₁^’ - расстояние в свету между стержнями продольной арматуры; принимается :

• не менее диаметра

• не менее 30 мм

а₂ - расстояние в свету между рядами стержней продольной арматуры; принимается :

• не менее диаметра

• не менее 25 мм.

Продольную рабочую арматуру укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах. Для экономии стали часть продольных арматурных стержней можно не доводить до опор и обрывать в пролете там, где они по расчету не требуются.

Насыщенность сечения рабочей продольной арматурой оценивается коэффициентом армирования   (A_s  A_b)100. (Здесь A_b – площадь поперечного сечения бетона конструкции с учетом рабочей высоты h₀ ) . Площадь сечения продольной рабочей арматуры для прямоугольных сечений шириной b, высотой h должна составлять не менее  = А_s/bh₀ = 0.05%. Оптимальным для балок является насыщенность рабочей продольной арматурой в пределах _опт  (1  2) , для плит . _опт = (0.30.8)%.

В балках шириной более 150 мм должно быть не менее двух доводимых до опоры продольных стержней. Если ширина до 150 мм - допускается установка 1 стержня.

В железобетонных балках одновременно с изгибающими моментами действуют поперечные силы, необходимо устанавливать поперечную арматуру. Ее количество определяют из расчета наклонных сечений и по конструктивным соображениям.

Продольную и поперечную арматуру объединяют в сварные каркасы, а при отсутствии сварочных машин - в вязанные. Плоские сварные каркасы объединяют в пространственные с помощью горизонтальных поперечных стержней через 1 - 1.5 м.

По расчетно-конструктивным условиям расстояние в продольном направлении между поперечными стержнями: в балках высотой до 400 мм - не более h/2, но не более 150 мм, в балках высотой h > 400мм - не более h/3, но не более 500мм. Это требование относится к приопорным участкам балок протяженностью  1/4L при равномерно распределенной нагрузке. При сосредоточенной нагрузке - на протяжении от опоры до ближайшего груза, но не менее 1/4L. В остальной части элемента расстояние между хомутами может быть больше, но не более 3/4h и не более 500мм. При высоте менее 150 мм поперечную арматуру можно не применять, если она не требуется по расчету.

В балках высотой более 700мм у боковых граней ставят дополнительные продольные стержни на расстоянии по высоте не более чем через 400мм. Эти стержни вместе с поперечной арматурой сдерживают раскрытие наклонных трещин на боковых гранях балок.

В балках пролетом 9м и более целесообразно применение предварительно напрягаемой арматуры для обеспечения необходимой трещиностойкости и жесткости.

Конструкции могут быть армированы сварными каркасами и сетками, вязанной арматурой из отдельных стержней, жесткой арматурой из прокатных профилей, проволочной, канатной или пучковой, напрягаемой арматуры.

В балках применяются:

Рабочая, монтажная арматура, а также хомуты или поперечные стержни

Рассмотрим назначение каждого вида арматуры:

1. Рабочая – принимается по расчету. Она укладывается в расчетную зону и воспринимает на себя растягивающие нагрузки

2. Монтажная – принимается для создания арматурного каркаса, а также воспринимает не учтенные расчетом усилия возникающие от усадки и ползучести бетона и изменения длины т.е. эта арматура ставится по конструктивным соображениям. Площадь ее принимается равной 25% от площади рабочей арматуры Аs.

3. Поперечные стержни или хомуты. Они принимаются для обеспечения неподвижного положения раб. Арматуры в период бетонирования, связывают растянутую и сжатую зоны бетона, а также воспринимают гл. растягивающие напряжения, которые возникают от действия поперечной силы Q; т.е эти стержни принимаются либо по расчету на действие поперечной силы Q, либо по конструктивным соображениям.

Расположение рабочей арматуры в балке.

Расстояние между стержнями должно приниматься из условия удобства укладки и уплотнения бетонной смеси. Нормами принято:

В балках расстояние между стержнями в свету «с» принимается не менее Ø рабочей арматуры и не менее 25 мм в нижней арматуре и 30 мм в верхней это по горизонтали.

По вертикали – не менее Ø и не менее 50 мм для нижней.

Минимальное расстояние между торцом элемента и концом продольной рабочей арматуры принимаем по таблицам СНиП, но во всех случаях не менее 10 мм.

Определение рабочей высоты

За рабочую высоту принимается расстояние от ц.т. растянутой зоны до верхней кромки сжатой зоны бетона

1. При армировании в один ряд: h₀=h-c-d/2, или h₀=h-a, где a=c+d/2

2. При армировании в 2 ряда: h₀=h-c-d-d/2

Каркасы могут быть плоские и пространственные.

По отношению к поперечной арматуре, рабочие стержни могут иметь одностороннее или двухстороннее армирование.

В одном каркасе d рабочих стержней можно принимать не более 2-х разных диаметров. Соотношение между d свариваемых стержней, расстояние между стержнями следует принимать согласно Своду правил по железобетонным конструкциям раздела конструирования.