Історія [| ]
У XX столітті залізобетон став найбільш поширеним матеріалом в будівництві (див. П'єтро Нерви).
Характеристики [| ]
До позитивних якостей залізобетонних конструкцій відносяться:
- довговічність;
- низька вартість - залізобетонні конструкції значно дешевше сталевих;
- пожежостійкість - в порівнянні зі сталлю;
- технологічність - нескладно при бетонуванні одержувати будь-яку форму конструкції;
- хімічна та біологічна стійкість;
- висока опірність статичним і динамічним навантаженням.
До недоліків залізобетонних конструкцій відносяться:
- невисока міцність при великій масі - міцність бетону при стисканні в середньому в 10 разів менше міцності сталі. У великих конструкціях залізобетон «несе» більше своєї маси, ніж корисного навантаження.
Виділяють збірний залізобетон (ж / б конструкції виготовляються в заводських умовах, потім монтуються в готове споруда) і монолітний залізобетон (бетонування виконується безпосередньо на будівельному майданчику), а також збірно-монолітний (збірні конструкції використовуються як оставляемая опалубка - поєднуються переваги монолітних і збірних конструкцій ).
Основні принципи проектування та розрахунку залізобетонних конструкцій [| ]
У Росії залізобетонні елементи прийнято розраховувати: по 1-й і 2-й групі граничних станів:
- за несучою здатністю (міцність, стійкість, втомне руйнування);
- по придатності до нормальної експлуатації (тріщиностійкість, надмірні прогини і переміщення).
Завдання розрахунку залізобетонних конструкцій по 1-й групі граничних станів включають:
- перевірка міцності конструкцій (нормальні, похилі, просторові перетину);
- перевірка конструкції на витривалість (при дії багаторазово повторних навантажень);
- перевірка стійкості конструкцій (форми і положення).
Армування конструкцій виконується, як правило, окремими сталевими стрижнями або сітками, каркасами. Діаметр стрижнів і характер їх розташування визначається розрахунками. При цьому дотримується наступний принцип - арматура встановлюється в розтягнуті зони бетону або в стислі зони при недостатній міцності останньої, а також з конструктивних міркувань.
При розрахунку залізобетонних елементів, що згинаються основною метою є визначення необхідної площі робочої арматури відповідно до заданих зусиллями (пряма задача) або визначення дійсної несучої здатності елемента по заданих геометричним і міцності параметрами (зворотна задача).
За характером роботи виділяють згинальні елементи (балки. Плити), центрально і позацентрово стиснуті елементи (колони центрально і позацентрово стиснуті, розтягнуті елементи (елементи ферм).
Згинальні елементи (балки, плити) [| ]
При вигині будь-якого елементу в ньому виникає стисла і розтягнута зони (див. Малюнок), що вигинає момент і поперечна сила. Згинальні залізобетонні елементи, як правило, розраховують по міцності наступних видів перетинів:
- за нормальними перетинах - перетинах, перпендикулярних поздовжній осі, від дії згинального моменту,
- по похилих перетинах - при дії поперечних сил (зріз або розчавлювання стиснутої зони бетону), по похилій смузі між похилими перерізами (тріщинами), від дії моменту в похилому перерізі.
У типовому випадку армування балки виконується поздовжньої і поперечної арматурою (див. Малюнок).
Вигин і армування залізобетонної балки
- Верхня (стисла) арматура
- Нижня (розтягнута) арматура
- поперечна арматура
- розподільна арматура
Верхня арматура може бути розтягнутої, а нижня стислій, якщо зовнішня сила буде діяти в протилежному напрямку.
Основні параметри конструкції:
- L - проліт балки або плити, відстань між двома опорами. Зазвичай становить від 3 до 25 метрів
- H - висота перетину. Зі збільшенням висоти міцність балки росте пропорційно H²
- B - ширина перетину
- a - захисний шар бетону. Служить для захисту арматури від впливу зовнішнього середовища
- s - крок поперечної арматури.
Арматура (2), що встановлюється в розтягнуту зону, служить для зміцнення залізобетонного елемента, бетон в якій в силу своїх властивостей швидко руйнується при розтягуванні. Арматура (1) в стислу зону встановлюється зазвичай без розрахунку (з необхідності приварити до неї поперечну арматуру), в окремих випадках верхня арматура зміцнює стислу зону бетону. Розтягнута арматура і стисла зона бетону (і іноді стисла арматура) забезпечують міцність елемента за нормальними перетинах (див. Малюнок).
Руйнування ж / б елемента за нормальними перетинах
Поперечна арматура (3) служить для забезпечення міцності похилих або просторових перетинів (див. Малюнок).
Руйнування ж / б елемента по похилих перетинах (схема)
Розподільна арматура (4) має конструктивне призначення. При бетонуванні вона пов'язує арматуру в каркас.
Руйнування елемента в обох випадках настає внаслідок руйнування бетону розтягують напруженнями. Арматура встановлюється в напрямку дії розтягуючих напружень для зміцнення елемента.
Невеликі по висоті балки і плити (до 150 мм) допускається проектувати без установки верхньої і поперечної арматури.
Плити армуються за таким же принципом, як і балки, тільки ширина B в разі плити значно перевищує висоту H, поздовжніх стрижнів (1 і 2) більше, вони рівномірно розподілені по всій ширині перерізу.
Крім розрахунку на міцність, для балок і плит виконується розрахунок на жорсткість (нормується прогин в середині прольоту при дії навантаження) і тріщиностійкість (нормується ширина розкриття тріщин в розтягнутій зоні).
Стислі елементи (колони) [| ]
При стисненні довгого елемента для нього характерна втрата стійкості (див. Малюнок). При цьому характер роботи стисненого елемента дещо нагадує роботу згинаного елемента, однак в більшості випадків розтягнутої зони в елементі не виникає.
Якщо вигин стисненого елемента значний, то він розраховується як позацентрово стиснутий. Конструкція внецентренно стислій колони подібна до центрально стислій, але по суті ці елементи працюють (і розраховуються) по-різному. Також елемент буде внецентренно стиснутий, якщо, крім вертикальної сили, на нього буде діяти значна горизонтальна сила (наприклад, вітер, тиск грунту на підпірну стінку).
Типове армування колони представлено на малюнку.
Робота і армування стислій колони
1 - поздовжня арматура
2 - поперечна арматура
У стислому елементі вся поздовжня арматура (1) стиснута, вона сприймає стиснення поряд з бетоном. Поперечна арматура (2) забезпечує стійкість арматурних стержнів, запобігає їх випинання.
Масивними вважаються колони, мінімальна сторона перетину яких більш або дорівнює 400 мм. Масивні перетину мають здатність до нарощування міцності бетону тривалий час, тобто з урахуванням можливого збільшення навантажень в подальшому (і навіть виникнення загрози прогресуючого руйнування - терористичні атаки, вибухи і т. Д.) - вони мають перевагу перед колонами немасивна. Т. о. негайна економія сьогодні не має сенсу в подальшому, і, крім цього, малі перетину нетехнологічними при виготовленні. Необхідний баланс між економією, масою конструкції і т. Н. життєствердним будівництвом (Sustainable construction).
Виготовлення залізобетонних конструкцій [| ]
Виготовлення залізобетонних конструкцій включає в себе наступні технологічні процеси:
Виготовлення збірних залізобетонних конструкцій [| ]
Залізобетонні конструкції технології збірного залізобетону
Сутність збірних залізобетонної конструкцій, проти монолітних, полягає в тому, що конструкції виготовляються на заводах ЗБВ (залізобетонних виробів), а потім доставляються на будмайданчик і монтуються в проектне положення. Основна перевага технології збірного залізобетону в тому, що ключові технологічні процеси відбуваються на заводі. Це дозволяє досягти високих показників по термінах виготовлення і якості конструкцій. Крім того, виготовлення попередньо напружених ЗБК можливо, як правило, тільки в заводських умовах.
Недоліком заводського способу виготовлення є неможливість випускати широкий асортимент конструкцій. Особливо це відноситься до різноманітності форм виготовляються конструкцій, які обмежуються типовими опалубки. Фактично на заводах ЗБВ виготовляються тільки конструкції, що вимагають масового застосування. У світлі цієї обставини, широке впровадження технології збірного залізобетону призводить до появи великої кількості однотипних будівель, що, в свою чергу, призводить до зменшення витрат на будівництво. Таке явище спостерігалося в СРСР в період масового будівництва.
Велика увага на заводі ЗБВ приділяється технологічній схемі виготовлення. Використовується кілька технологічних схем:
- Конвеєрна технологія. Елементи виготовляють у формах, які переміщуються від одного агрегату до іншого. Технологічні процеси виконуються послідовно, у міру переміщення форми.
- Поточно-агрегатна технологія Технологічні операції проводять у відповідних відділеннях заводу, а форма з виробом переміщається від одного агрегату до іншого кранами.
- Стендова технологія. Вироби в процесі виготовлення залишаються нерухомими, а агрегати переміщаються уздовж нерухомих форм.
У конвеєрної і поточно-агрегатної технології використовується опалубочний метод формування.
Для виготовлення попередньо напружених конструкцій застосовують два способи створення попереднього напруження: натяг на упори і натяг на бетон, а також два основних способи натягу арматури: електротермічний і електротермомеханіческій. Різновидом стендової технології є технологія по методу безопалубочного формування (БОФ) з використанням попереднього напруження. Устаткування лінії безопалубочного виробництва включає:
- Машина для чистки доріжок;
- Машина для розкладання арматури;
- Формуюча машина;
- Різальні машини;
- пакетувальник;
- Натягувати пристрій;
- Блок зняття напруги;
- Заклепувальних машина;
- Формуюча машина для фактурного шару;
- Машина для загладжування поверхні;
- Бункер для подачі бетону;
- траверса;
- Машина для перфорування;
- Напрямна прес-форма.
Застосовують формуючі машини безопалубочного формування технології сліпформованія, вибропрессования і технології екструзії.
Виготовлення монолітних залізобетонних конструкцій [| ]
При виготовленні монолітних залізобетонних конструкцій слід враховувати, що фізико-механічні характеристики арматури відносно стабільні, а ось ті ж характеристики бетону змінюються в часі. Необхідно завжди знаходити компроміс між запасами при конструюванні і проектуванні (вибір форм і перерізів - вибір між надійністю, «життям», але вагою масивних конструкцій і між витонченістю, ажурністю, легкістю, але «мертвість» конструкцій з великим модулем поверхні), вартістю і якістю вихідних матеріалів, витратами на виготовлення монолітних залізобетонних конструкцій, посиленням оперативного контролю працівниками ІТП на всіх етапах, призначенням заходів по догляду за бетоном, захистом його в часі (створенням словий для нарощування в часі його характеристик, що може знадобитися до моменту початку експлуатації для опору прогресуючого руйнування), контролем динаміки набору основних характеристик міцності і деформативних характеристик бетону. [3] [4] Тобто дуже багато залежить від того, з чиїх позицій проектують конструкції і технологію, виконують і контролюють роботи, і що є наріжним каменем: надійність і довговічність, економічність, технологічність виконання, безпеку експлуатації, можливість подальшого застосування шляхом підсилень і реконструкцій, так званий раціональний підхід, тобто проектування від зворотного (спочатку думаємо, як наступні покоління будуть все це розбирати і заново використовувати) [5].
Захист залізобетонних конструкцій полімерними матеріалами [| ]
Для захисту залізобетонних конструкцій застосовуються спеціальні полімерні склади, що дозволяють ізолювати поверхневий шар залізобетону від негативних впливів зовнішнього середовища (хімічні агенти, механічні дії). Для захисту залізобетонної основи застосовують різні типи захисних конструкцій, що дозволяють модифікувати експлуатаційні властивості мінеральної поверхні - збільшити зносостійкість, зменшити пилеотделеніе, надати декоративні властивості (колір і ступінь блиску), поліпшити хімічну стійкість. Полімерні покриття, що наносяться на залізобетонні підстави, класифікують за типами: знепилюючі просочення, тонкошарові покриття, наливні підлоги. високонаполенние покриття.
Інший метод захисту залізобетонних конструкцій полягає в покритті арматури фосфатом цинку. [6] Фосфат цинку повільно реагує з коррозирующего хімікатом (наприклад, лугом) утворюючи стійке апатитового покриття.
Для захисту залізобетонних конструкцій від впливу води та агресивних середовищ також застосовується проникаюча гідроізоляція. яка модифікує структуру бетону, збільшуючи його водонепроникність, що запобігає руйнуванню бетонних конструкцій і корозію арматури.
Посилення залізобетонних конструкцій вуглепластиком [| ]
Посилення залізобетонних конструкцій вуглепластиком [| ]
При відновленні несучої здатності залізобетонних конструкцій, підданих ненормативних навантажень, застосовують армування вуглепластиком. Посилення углеволокном використовуються для поздовжнього і поперечного армування стрижневих елементів, для створення армуючих усиляющих оболонок на колонах і опорах мостів, естакад, консолях колон, для посилення плит, оболонок, елементів ферм та інших конструкцій.
Історія застосування [| ]
Застосування композиційних матеріалів має такі переваги:
- попереджає утворення тріщин;
- допомагає уникнути виникнення індукційних струмів (армування трансформаторної підстанції без використання металу на ГАЕС Штаузее Капрун);
- коррозіоностойкой;
- відсутність перешкод при передачі сигналу на залізниці;
- відсутність нагріву внаслідок індукційних потоків поблизу стрілочних перемикачів;
- підвалини головного споруди дериваційного каналу Кондопожской ГЕС, за якими проходить залізниця Санкт-Петербург - Мурманськ;
- залізні дороги на гідровузлі Волзького створу Рибінській ГЕС, на греблях Саратовської і Братської ГЕС.
Конструювання [| ]
Раціональної ступенем посилення за допомогою системи ФАП є діапазон 10-60% від початкової несучої здатності конструкції, що підсилюється [8]. Міцність зчеплення матеріалу посилення в переважній випадку вище міцності на розтягнення найбільш поширених конструктивних бетонів (до класу В60).
Застосування сучасних матеріалів і технологій наклейки зовнішнього армування при належному контролі якості будівельних робіт практично виключає можливість розшарування конструкції по межі ФАП-бетон.
Чисельний експеримент, де робота бетону була показана за допомогою критерію міцності Вілльяма і Варнке, показав, що внесок ФАП в загальну міцність похилого перерізу в значній мірі залежить від наявності та відсотка армування сталевою поперечною арматурою. Зі збільшенням відсотка армування сталевими арматурами ефективність системи посилення знижується. Основного вид руйнування посиленою балки - викол бетону підстави, що починається з точок максимальних головних напруг, що розтягують у вільних кінців хомутів зовнішнього армування [9].