Армирование конструкции (лекция 13)

1.

Армирование
конструкции

2.

План
1. Армирование конструкции
2. Армирование железобетона
2.1 Изгибаемые элементы (балки, плиты)
2.2 Сжатые элементы (колонны)

3.

Армирование конструкции
• Армирование (англ. reinforcement) — способ увеличения несущей
способности конструкции материалом, имеющим повышенные
прочностные свойства относительно основного материала
изделия.

4.

Армирование конструкции
• Применяется при изготовлении железобетонных и
каменных конструкций, изделий из стекла, пластмасс,
керамики, гипса и др.
• Армирование железобетона осуществляется
преимущественно стальной арматурой; однако в
последнее время все большее применение получает
композитная арматура. Различают обычное и
предварительно напряжённое армирование. Последнее
позволяет повысить трещиностойкость, жёсткость и
долговечность конструкций.

5.

Армирование конструкции
• Также известны системы внешнего армирования, которые
обычно применяются для восстановления изношенных
объектов инфраструктуры. В качестве материалов
используются композиционные материалы — углепластики.
• Например, железобетонный мост, построенный 50 лет назад
и рассчитанный на нагрузку в 40 тонн, в результате износа
потерял грузоподъёмность до 20 тонн. После проведения
работ по внешнему армированию мосту присвоен новый
класс — 80-тонных мостов по несущей способности.
• Существует армированное стекло (не путать с
пуленепробиваемым стеклом), оно содержит в себе сетку из
металлической проволоки. При поломке стекла осколки
остаются в проволоке, в отличие от обычного оконного
стекла, где от стекла отлетают осколки, которые могут
поранить или даже убить. Такие оконные стёкла используют в
Японии.

6.

Армирование железобетона
Армирование напрягаемых ЖБК состоит:
• 1. из заготовки арматурных элементов
• 2. транспортирования арматуры, складирования,
укрупнительной сборки
• 3. установки арматурных блоков
все процессы можно разделить на 2 группы:
• 1. предварительное изготовление арматурных элементов
• 2. установка их в проектное положение
• монтаж ненапрягаемой арматуры ведут с использованием
механизмов или вручную при массе арматурных элементов
не более 20 кг соединяют арматурные элементы сваркой и
нахлесткой, редко вязкой.

7.

Армирование железобетона
• Армирование ЖБ конструкций выполняется, как
правило, отдельными стальными стержнями или
сетками, каркасами. Диаметр стержней и характер
их расположения определяется расчётами. При
этом соблюдается следующий принцип —
арматура устанавливается в растянутые зоны
бетона либо в сжатые зоны при недостаточной
прочности последней, а также по
конструктивным соображениям.

8.

Армирование железобетона
• При расчёте железобетонных изгибаемых элементов
основной целью является определение требуемой
площади рабочей арматуры в соответствии с
заданными усилиями (прямая задача) или
определение действительной несущей способности
элемента по заданным геометрическим и
прочностным параметрам (обратная задача).
• По характеру работы выделяют изгибаемые
элементы (балки, плиты), центрально и
внецентренно сжатые элементы (колонны
центрально и внецентренно сжатые, растянутые
элементы (элементы ферм).

9.

Изгибаемые элементы
• При изгибе любого элемента в нём возникает сжатая и
растянутая зоны (см. рисунок), изгибающий момент и
поперечная сила. Изгибаемые железобетонные элементы, как
правило, рассчитывают по прочности следующих видов
сечений:
• по нормальным сечениям — сечениям, перпендикулярным
продольной оси, от действия изгибающего момента,
• по наклонным сечениям — при действии поперечных сил (срез
или раздавливание сжатой зоны бетона), по наклонной полосе
между наклонными сечениями (трещинами), от действия
момента в наклонном сечении.
• В типичном случае армирование балки выполняется
продольной и поперечной арматурой (см. рисунок).

10.

• Изгиб и армирование железобетонной балки

11.

Изгибаемые элементы
• Элементы конструкции:
1. Верхняя (сжатая) арматура
2. Нижняя (растянутая) арматура
3. Поперечная арматура
4. Распределительная арматура
• Верхняя арматура может быть растянутой, а нижняя
сжатой, если внешняя сила будет действовать в
противоположном направлении.

12.

13.

Изгибаемые элементы
• Основные параметры конструкции:
L — пролёт балки или плиты, расстояние между двумя
опорами. Обычно составляет от 3 до 25 метров
• H — высота сечения. С увеличением высоты прочность
балки растёт пропорционально H²
• B — ширина сечения
• a — защитный слой бетона. Служит для защиты
арматуры от воздействия внешней среды
• s — шаг поперечной арматуры.

14.

Изгибаемые элементы
• Арматура (2), устанавливаемая в растянутую зону, служит для
упрочнения железобетонного элемента, бетон в которой в силу своих
свойств быстро разрушается при растяжении. Арматура (1) в сжатую
зону устанавливается обычно без расчёта (из необходимости
приварить к ней поперечную арматуру), в редких случаях верхняя
арматура упрочняет сжатую зону бетона. Растянутая арматура и
сжатая зона бетона (и иногда сжатая арматура) обеспечивают
прочность элемента по нормальным сечениям (см. рисунок).
Разрушение ж/б элемента по нормальным сечениям

15.

Изгибаемые элементы
• Поперечная арматура (3) служит для обеспечения прочности
наклонных или пространственных сечений (см. рисунок)
Разрушение ж/б элемента по наклонным сечениям
Распределительная арматура (4) имеет конструктивное
назначение. При бетонировании она связывает арматуру в
каркас.

16.

Изгибаемые элементы
• Разрушение элемента в обоих случаях наступает вследствие
разрушения бетона растягивающими напряжениями. Арматура
устанавливается в направлении действия растягивающих
напряжений для упрочнения элемента.
• Небольшие по высоте балки и плиты (до 150 мм) допускается
проектировать без установки верхней и поперечной арматуры.
• Плиты армируются по такому же принципу, как и балки, только
ширина B в случае плиты значительно превышает высоту H,
продольных стержней (1 и 2) больше, они равномерно
распределены по всей ширине сечения.
• Кроме расчёта на прочность, для балок и плит выполняется расчёт
на жёсткость (нормируется прогиб в середине пролёта при
действии нагрузки) и трещиностойкость (нормируется ширина
раскрытия трещин в растянутой зоне).

17.

Сжатые элементы
• При сжатии длинного элемента для него характерна потеря
устойчивости (см. рисунок). При этом характер работы
сжатого элемента несколько напоминает работу
изгибаемого элемента, однако в большинстве случаев
растянутой зоны в элементе не возникает.
• Если изгиб сжатого элемента значителен, то он
рассчитывается как внецентренно сжатый. Конструкция
внецентренно сжатой колонны сходна с центрально
сжатой, но в сущности эти элементы работают (и
рассчитываются) по-разному. Также элемент будет
внецентренно сжат, если, кроме вертикальной силы, на
него будет действовать значительная горизонтальная сила
(например, ветер, давление грунта на подпорную стенку).

18.

Сжатые элементы
Работа и армирование
сжатой колонны
на рисунке:
• 1 — продольная
арматура
• 2 — поперечная
арматура

19.

Сжатые элементы
• В сжатом элементе вся
продольная арматура (1)
сжата, она воспринимает
сжатие наряду с бетоном.
• Поперечная арматура (2)
обеспечивает
устойчивость арматурных
стержней,
предотвращает их
выпучивание.

20.

Сжатые элементы
• Массивными считаются колонны, минимальная сторона
сечения которых более или равна 400 мм. Массивные
сечения обладают способностью к наращиванию прочности
бетона длительное время, то есть с учётом возможного
увеличения нагрузок в дальнейшем (и даже возникновения
угрозы прогрессирующего разрушения — террористические
атаки, взрывы и т. д.) — они имеют преимущество перед
колоннами немассивными.
• Т. о. сиюминутная экономия сегодня не имеет смысла в
дальнейшем, и, кроме этого, малые сечения
нетехнологичны при изготовлении. Необходим баланс
между экономией, массой конструкции и т. н.
жизнеутверждающим строительством.