Виды бетонов для жб конструкций и область их применения

Виды бетонов для жб конструкций и область их применения

Железобетон – это комплексный конструктивный материал, в котором бетон и арматура деформируются под нагрузкой как единое монолитное целое. Бетон – композитный строительный материал, в котором крупные и мелкие заполнители, соединенные вяжущим (цемент, жидкое стекло), сопротивляются нагрузкам как одно монолитное тело. Бетоны классифицируются по следующим признакам:

- по основному назначению на:

§ конструкционные – бетоны несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, определяющими требованиями к качеству которых являются требования по физико-механическим характеристикам;

§ специальные – бетоны, к которым предъявляются специальные требования в соответствии с их назначением.

К специальным бетонам относятсяжаростойкие, химические стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др. бетоны.

- по виду вяжущего на:

§ цементные (на основе клинкерных цементах);

§ известковые (на основе извести в сочетании с цементами, шлаками, золами, активными минеральными добавками);

§ шлаковые (на основе молотых шлаков и зол с активизаторами твердения);

§ гипсовые (на основе полуводного гипса или ангидрита, включая гипсоцементно-пуццолановые и т.п. вяжущие);

§ специальные (бетонополимеры, полимербетоны, цементно-полимерные бетоны).

- по виду заполнителей на:

§ плотных заполнителях (плотные горные породы и шлаки);

§ пористых заполнителях (искусственные и естественные минеральные пористые заполнители, а также пористые крупные и плотные мелкие заполнители);

§ специальных заполнителях (органические заполнители).

- по структуре на:

§ плотные – бетоны плотной структуры на цементном вяжущем и плотных мелких заполнителях;

§ крупнопористые – бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого заполнителя не полностью заполнено или совсем не заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими, поризованными добавками, регулирующих пористость в объеме более 7 %.

§ поризованные – бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного газа или воздуха, в том числе образующихся за счет применения добавок, регулирующих пористость в объеме не более 7 %;

§ ячеистые – бетоны, у которых основную часть объема составляют равномерно распределенные поры в виде ячеек, полученных с помощью газо- или пенообразователей;

- по условиям твердения на бетоны, твердевшие:

§ в естественных условиях;

§ в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;

§ в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

- по плотности на:

§ особо тяжелые (ρ > 2500 кг/м³);

§ тяжелые (ρ = 2200 ÷ 2500 кг/м³);

§ мелкозернистые (ρ =1800 ÷ 2200 кг/м³);

§ легкие (ρ = 800 ÷ 1800 кг/м³).

Рис. 2.3. Диаграмма скоростей нагружения

При замедленном нагружении образцов прочность бетона на 10 ÷ 15% меньше, чем при кратковременном нагружении. При быстром нагружении прочность бетона возрастает до 20% по сравнению с кратковременным нагружением.

Бетон имеет разную прочность при разных силовых воздействиях: сжатии, растяжении, изгибе, срезе. Различают несколько характеристик прочности бетона: кубиковую и призменную прочность; прочность при срезе и скалывании; прочность при длительном, кратковременном и динамическом воздействии нагрузок, при многократных повторных нагрузках.

Как влияет время и условия твердения на прочность бетона

Класс – это ряд эталонных чисел на числовой оси, привязанных к прочности на сжатие и растяжение, задаваемых при проектировании с обеспеченностью 0, 95 прочностных свойств.

Марка оценивает основные физические свойства бетона (обеспеченность 50%).

Существует класс бетона по прочности на сжатие B по прочности на растяжение B_t _.

Значение класса бетона по прочности на сжатие – это значение, полученное при испытании кубов с размерами ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартами в течение 28 суток при температуре 20 ± 2 º C с учетом 95% обеспеченности прочностных свойств.

На рис. 2.10 показана кривая распределения прочности.

Рис. 2.10. Кривая распределения прочности

Марка бетона по морозостойкости F – число выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенных образцов, испытанных в соответствие со стандартом, при котором прочность падает не более чем на 15% по сравнению с прочностью образца, не подвергающегося замораживанию.

Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по морозостойкости от F 15 до F 500. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона по морозостойкости от F 15 до F 1000. Для каждого конкретного случая марку бетона по морозостойкости принимают в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха, условий работы и класса зданий. Марка бетона по водонепроницаемости W – это наибольшее давление воды (МПа), при котором не наблюдается её просачивания через стандартный образец, изготовленный по ГОСТу.Эту марку принимают для конструкций, к которым предъявляют особые ограничения водопроницаемости (резервуары, напорные трубы, силосы).Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по водонепроницаемости от W2 доW12. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона водонепроницаемости от W2 доW20, где цифрами обозначают давление воды, при котором коэффициент фильтрации (м/с) не превышает нормативного значения.Конкретную марку бетона по водонепроницаемости принимают в зависимости от класса зданий, условий эксплуатации конструкций или максимального градиента напора, представляющего отношение напора к толщине элемента. Марка бетона по средней плотностиD – это гарантированная собственная масса бетона (кг/м³), контролируемая на базовых образцах в установленные сроки согласно ГОСТу.Марку по средней плотности принимают для конструкций, к которым предъявляют требования теплоизоляции. Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по средней плотности от D 700 до D 2500. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона по средней плотности от D 200 до D 5000, где цифры обозначают плотность бетона.Для напрягающих бетонов устанавливают марку по самонапряжению. Марка бетона по самонапряжению S_p – это гарантированное значение предварительного напряжения в бетоне (МПа), создаваемое в результате его расширения при наличии продольной арматуры в количестве 1% и контролируемое на базовых образцах в установленные сроки согласно ГОСТу.Марку бетона по самонапряжению принимают в зависимости от предъявляемых к самонапрягающимся конструкциям требований по трещиностойкости и жесткости.

Рис.3.1.Армирование плиты

1 – рабочая арматура; 2 – конструктивная арматура

Требования к трещиностойкости конструкций. Три группы трещиностойкости

Трещиностойкость конструкций – это сопротивление их образованию трещин в конце стадии I НДС или сопротивление раскрытию трещин в стадии II.

Раннее образование и чрезмерное раскрытие трещин в растянутых зонах является существенным недостатком железобетонных конструкций, так как снижает их долговеч-ность из-за коррозии арматуры и повышает деформативность из-за уменьшения момента инерции сечений элементов.

Железобетонные конструкции рассчитывают по:

- образованию трещин;

- раскрытию (непродолжительному и продолжительному) трещин;

- закрытию (для непродолжительного раскрытия) трещин.

Рис. 15.14. Армирование ригеля

1 – точки теоретического обрыва рабочих стержней 7 в пролете; 2 – то же рабочих стержней 3 на опоре; 3 – рабочие стержни на опоре; 4 – хомуты; 5 – стыковые закладные детали на опоре; 6 – арматура подрезки; 7 – рабочие стержни в пролете

По мере удаления от расчетных сечений ординаты огибающей эпюры М уменьшаются, поэтому в целях экономии арматуры целесообразно часть рабочей арматуры оборвать в соответствии с изменением ординат огибающей эпюры моментов.

Для рабочей продольной арматуры применяют стержни диаметром 12…30 мм, потому что стержни большого диаметра имеют большую зону анкеровки в бетоне и вызывают трудности при производстве работ. Для технологического удобства применяют не более двух разных диаметров рабочей арматуры.

Минимальный диаметр поперечной арматуры из условия свариваемости с продольной арматурой принимают равным 6…10 мм; в вязаных каркасах при диаметр поперечной арматуры принимают d = 6 мм, при – d 6 мм.

Стык ригеля с колонной проектируется с учетом характера и величины усилий, действующих в узле, и назначению здания.

Различают 2 типа стыков: шарнирный и жесткий.

В практике широко распространен шарнирный стык благодаря простоте при изготовлении и монтаже по сравнению с жестким.

Рис. 15.16. Шарнирный стык ригелей

1 – стыковая полоска; 2 – закладные пластины поверху ригеля; 3 – закладные пластинки колонны; 4 – инвентарные монтажные уголки; 5 – шов замоноличивания; 6 – анкерные болты

Однако при шарнирном стыковании ригелей вследствие нерационального распределения изгибающих моментов по их длине расход бетона и арматуры в целом на здании получается максимальным.

В жилищном строительстве применяют бесконсольный жесткий стык ригелей (с использованием монтажного столика из швеллеров). Такой стык полностью воспринимает поперечные силы бетонными шпонками, образующимися при замоноличивании стыка. Основной недостаток таких стыков – тщательное замоноличивание. Монтажный столик из швеллеров снимают сразу после замоноличивания.

Рис. 17.17. Жесткий бесконсольный стык ригелей

а – общий вид; б – вид сбоку; 1 – выпуски нижней арматуры; 2 – бетон замоноличивания; 3 – выпуски верхней арматуры; 4 – выпуски из колонны стыковых стержней; 5 – нижняя закладная деталь колонны; 6 – сонтажный столик из швеллеров; 7 – шпоночные пазы

Жесткий стык ригелей, совмещенный со стыком колонны, упрощает и удешевляет монтаж, т.к. снижает количество монтажных узлов. Основной недостаток – высокая металлоемкость.

29)Практическое перераспределение изгибающих моментов при расчете неразрезеананого ригеля??? ^

30) Армирование неразрезанного ригеля и построение эпюры арматуры^

Рис. 15.10. Сечение пустотной плиты

Рис. 15.11. Сечение ребристой плиты

Номинальная ширина ребристых плит принимается от 750 до 3000 мм; многопустотных – от 600 до 2000 мм. Конструктивная ширина меньше на 200 мм.

Плиты перекрытия опираются на ригели прямоугольной формы или на полки ригеля тавровой формы. Плиты соединятся сваркой закладных деталей с ригелями на монтаже.

Рис. 15.12. Опирание пустотных (а) и ребристых (б) панелей на полки ригелей

Расчетный пролет плит при их опирании на ригель равен ; при опирании на полки ригеля . При опирании одним концом на ригель, а другим на кирпичную стену, расчетный пролет равен расстоянию от оси опоры на стене до оси опоры на ригели , где b – ширина ригеля; a – ширина полки; с – привязка оси; d – величина опирания плиты на стену, принимаемая не менее 120 мм.

Расчет прочности панелей сводится к расчету таврового сечения с полкой в сжатой зоне.

Рис. 14.4. Армирование плиты отдельными стержнями

1 – главная балка; 2 – второстепенная балка;

3 – плита; 4 – дополнительная арматура

Армирование монолитных ребристых перекрытий отдельными стержнями приме-няют редко, при небольших объемах работ, в плитах с большим числом отверстий и при отсутствии сварных сеток на строительной площадке.

Диаметр рабочих стержней принимают 6  10 мм. Расстояние между осями рабочих стержней в средней части пролета и над опорами устанавливают не более 1, 5hf. На остальных участках это расстояние не более 400мм.

У крайних свободных опор третью часть пролетных стержней отгибают вверх для восприятия изгибающих моментов, возникающих в результате частичного защемления концов плиты каменной или бетонной кладкой.

В перекрытии с балочными плитами рабочая арматура плиты проходит параллель-но главным балкам, вследствие этого сопряжение плиты с главной балкой остается неар-мированным. Для восприятия растягивающих напряжений, возникающих в местах сопря-жения плиты с главной балкой, укладывают в верхней зоне плиты перпендикулярно оси главной балки дополнительную арматуру: не менее 8 стержней d =6 мм на 1 м и не менее 1/3 сечения пролетной рабочей арматуры плиты. Ее заводят в каждую сторону плиты от грани главной балки на длину не менее 1/4 расчетного пролета плиты.

При армировании плиты особое внимание обращают на соблюдение толщины за-щитного слоя.

1. Конструктивная схема

Ребристое перекрытие с плитами балочного типа состоит из плиты, работающей по короткому направлению как неразрезная балка, второстепенных и главных балок (ригелей). Нагрузка через плиту передается на второстепенные балки. Последние передают ее на главные балки, которые опираются на колонны.

Ребристые перекрытия должны отвечать следующим требованиям:

1. размеры перекрытия должны быть унифицированы;

2. максимальная повторяемость однотипных элементов;

3. арматурные изделия должны быть по возможности типовыми и технологически удобными для установки или укладки;

Рис. 14.1. Схема перекрытия

1 – главные балки; 2 – второстепенные балки; 3 – колонны;

4 – грузовая полоса второстепенной балки; 5 – грузовая полоса плиты;

6 – грузовая площадь главной балки; 7 – грузовая площадь колонны

При проектировании плит перекрытий главной задачей является максимальное (по возможности) удаление бетона из растянутой зоны.

Направление, пролеты и размеры поперечных сечений элементов перекрытия определяют по технологическим, архитектурным и конструктивным требованиям. Все элементы перекрытия монолитно взаимосвязаны.

Сущность конструкции монолитного ребристого перекрытия заключена в том, что в целях экономии из растянутой зоны сечений удален бетон и сохранены лишь вертикаль-ные ребра балок, в которых сконцентрирована растянутая арматура. Сжатая полка ребер работает также на местный изгиб как плита пролетом, равным расстоянию между второ-степенными балками а. В пролетных сечениях второстепенные и главные балки работают как балки таврового сечения с полкой в сжатой зоне. На опорах этих балок возникает от-рицательный момент, и плита оказывается в растянутой зоне; поэтому на опорах расчет-ное сечение – прямоугольное с шириной, равной ширине ребра b.

Шаг колонн принимают 6  8 м.

Главные балки располагают по продольному или поперечному направлению в за-висимости от назначения здания, требований обеспечения пространственной жесткости, необходимости освещения, аэрации помещения. В промышленных зданиях главные бал-ки располагают обычно поперек здания, повышая тем самым поперечную жесткость и разгружая надоконные перемычки.

Пролет главных балок обычно 6  8 м.

Второстепенные балки также располагают в зависимости от назначения зданий. Их преимущественно размещают таким образом, чтобы ось одной из балок всегда совпадала с осью колонны. Пролет второстепенной балки может составлять 5  7 м.

Рис. 9.3. Монолитное ребристое перекрытие с балочными плитами

а – внешний вид перекрытия с главными балками; б – план здания

1 – второстепенные балки; 2 – главные балки; 3 – колонные; 4 – плита перекрытия

Стык с ригелем

Рис. 12.5. Расчетная схема внецентренно сжатого элемента (случай 1)

1 – геометрическая ось элемента; 2 – центр тяжести бетона сжатой зоны; 3 – хомуты

Случай 2. Этот случай объединяет 2 варианта наряженного состояния: когда все сечение сжато или когда часть сечения слабо растянута. В обоих вариантах разрушение элемента наступает вследствие исчерпания несущей способности бетона сжатой зоны и сжатой арматуры. При этом прочность растянутой арматуры недоиспользуется, напряжения в ней остаются низкими. В целях упрощения расчетов действительные эпюры сжимающих напряжений заменяют прямоугольной эпюрой с ординатой . Напряжения в растянутой арматуре равны , в сжатой арматуре – .

Рис. 12.6. Расчетная схема внецентренно сжатого элемента (случай 2)