Цай - Строительные конструкции.Том II. Железобетонные конструкции

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

1. Сущность железобетона.

Железобетоном называется строительный материал, в котором соединены в монолитное целое бетон и сталь (арматура).

Идея создания железобетона из двух различных по своим механическим характеристикам материалов заключается в реальной возможности использования бетона для работы на сжатие, а стали на растяжение.

Бетон, являясь искусственным камнем, сопротивляется растяжению в 10—15 раз слабее, чем сжатию, что существенно ограничивает возможности его применения. Если, например, бетонную балку (рис. 1,а), свободно лежащую на двух опорах, подвергнуть изгибу, то верхние волокна балки будут сжаты, а нижние растянуты.

Но поскольку бетон плохо сопротивляется растяжению, поперечное сечение такой балки можно назначать только из условий работы бетона на растяжение, и бетонная (неармированная) балка будет массивной и нерациональной. Если же в растянутую зону ввести небольшое количество стали (1—2% площади сечения бетона), то несущая способность балки (рис. 1,6) повысится в 10—20 раз.

Совместная работа бетона и арматуры в железобетонных конструкциях оказалась возможной благодаря выгодному сочетанию следующих свойств:

1) сцепление (склеивание) между бетоном и поверхностью арматуры, возникающее при твердении бетонной смеси;

2) близкие по значению коэффициенты линейного расширения бетона и стали (для бетона сс=0,00001... ...0,000015; для стали сс=0,000012) при t<100°С, что исключает появление внутренних усилий, могущих нарушить сцепление бетона с арматурой;

3) защищенность арматуры, заключенной в теле бетона, от коррозии и непосредственного воздействия огня.

Сегодня трудно найти такую область народного хозяйства, в которой при строительстве не применялся бы железобетон.

Преимущества железобетона: благодаря высоким физико-механическим свойствам железобетон оказывает значительное сопротивление статическим и динамическим нагрузкам, сейсмо- и виброустойчив, долговечен, огнестоек и хорошо сопротивляется атмосферным воздействиям. До 70—80% массы железобетона составляют местные материалы (песок, гравий или щебень и вода);

прочность бетона со временем не только не уменьшается, но может даже увеличиваться;

железобетону легко могут быть приданы любые целесообразные конструктивные и архитектурные формы;

эксплуатационные расходы по содержанию сооружений и уходу за железобетонными конструкциями весьма низки.

К недостаткам железобетона относятся относительно большая масса конструкций; повышенная тепло- звукопроводность; сложность производства работ, ocoбенно в зимний период; потребность в квалифицированных кадрах, специальном оборудовании (при изготовлении сборных железобетонных конструкций в заводских условиях); возможность появления трещин вследствие усадки и ползучести бетона, а также по технологическим причинам до приложения эксплуатационной нагрузки.

Железобетон широко применяется в промышленном, гражданском и сельском строительстве, в гидротехническом, шахтном и горнорудном строительстве. Накоплен опыт применения железобетона в машиностроении для изготовления станин и опорных частей тяжелых прессов и станков; железобетон применяется даже в судостроении.

2. Виды железобетонных конструкций.

Железобетонные конструкции в зависимости от методов возведения, назначения конструкций, сроков строительства и экономических показателей могут быть сборными, монолитными и сборно-монолитными.

Сборный железобетон — основной строительный материал в современном строительстве. Сущность сборного железобетона заключается в том, что все элементы сооружения изготовляют на заводах железобетонных изделий. На строительной площадке готовые конструкции монтируют.

Применение сборных унифицированных железобетонных конструкций заводского изготовления позволяет значительно снизить расход стали, древесины и затраты труда на дорогостоящие опалубку и леса, но требует тяжелых транспортных и подъемных механизмов, тщательного выполнения стыков и узлов сопряжений элементов.

Монолитные железобетонные конструкции возводят с предварительным устройством поддерживающих лесов и опалубки (форм), в которую устанавливают арматуру и укладывают бетонную смесь. Леса и опалубка могут быть сняты только после того, как бетон приобретет достаточную прочность.

Монолитные железобетонные конструкции находят широкое применение в сооружениях, трудно поддающихся членению и унификации, например в гидротехнических сооружениях, тяжелых фундаментах, бункерах, плавательных бассейнах, в сооружениях, возводимых в передвижной или скользящей опалубке (силосы, дымовые трубы, многоэтажные здания башенного типа и т.д.).

Однако при возведении монолитных конструкций в условиях отрицательных температур необходим подогрев бетона.

Сборно-монолитные железобетонные конструкции представляют собой сочетание сборных элементов и монолитного бетона, укладываемого на месте строительства. Обычно сборные элементы образуют опалубку для монолитного бетона, что ведет к уменьшению расхода стали и древесины на опалубку. Сборно-монолитные конструкции по сравнению со сборными отличаются большей монолитностью и более простым устройством стыков.

По виду арматуры различают железобетон с гибкой арматурой в виде стальных стержней круглого или периодического профиля и конструкции с несущей арматурой. Несущей арматурой служат профильная прокатная сталь — уголковая, швеллерная, двутавровая (называемая жесткой арматурой) и пространственные сварные каркасы из круглой стали, воспринимающие нагрузку от подвесной опалубки и свежеуложенной бетонной смеси.

Одним из недостатков железобетонных конструкций является их низкая трещиностойкость. В ряде случаев трещины неопасны и не мешают нормальной эксплуатации конструкций. Однако в некоторых конструкциях трещины недопустимы, например в трубах, резервуарах, а также в конструкциях, находящихся в условиях действия агрессивных сред.

Чтобы исключить этот недостаток железобетона, применяют так называемые предварительно-напряженные конструкции.

Идея предварительного напряжения заключается в предварительном (до приложения внешней нагрузки) обжатии бетона в зонах, где после приложения нагрузки возможны растягивающие напряжения, вызывающие образование или раскрытие трещин. В предварительно-напряженных железобетонных конструкциях арматура подвергается предварительному растяжению, а бетон — сжатию.

Особой разновидностью железобетона является армоцемент. Армоцементные конструкции — это тонкостенные конструкции из мелкозернистого бетона, армированные по всей толщине сетками из тонкой стальной проволоки.

Армоцемент хорошо сопротивляется растяжению и изгибу, отличается высокой трещиностойкостью, упругостью и т.д.

Наиболее распространен в строительстве железобетон с гибкой арматурой. В настоящее время быстро развивается производство и применение сборного предварительно-напряженного железобетона.