Арматура. Классы арматурной стали. Механические свойства арматуры. Нормативные и расчетные характеристики арматуры.

Под арматурой традиционно понимают гибкие стальные стержни, размещаемые в массе бетона таким образом, чтобы они эффективно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками и воздействиями. Кроме того, в некоторых случаях арматура может быть установлена для усиления сжатой зоны бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах, либо в условно центрально сжатых элементах.

Гибкую арматуру в железобетонных конструкциях применяют в виде отдельных стальных стержней, проволоки или выполненных из них разнообразных арматурных изделий (сварные сетки, каркасы, канаты, пучки, пакеты и т.д.).

Необходимое количество рабочей арматуры, размещаемой в конструкции, определяется расчетом характерных сечений на действие усилий, вызванных нагрузками и воздействиями или устанавливается по конструктивным требованиям.

К арматуре, применяемой в железобетонных и предварительно напряженных конструкциях, предъявляют следующие требования:

-максимально высокое нормативное сопротивление (физический или условный предел текучести), напрямую характеризующее экономические показатели данного вида стали;

-хорошие упругие свойства (высокие значения характеристики предела упругости и пропорциональности), что важно для снижения потерь предварительного напряжения от релаксации и ползучести стали;

-высокие пластические свойства, характеризующиеся величиной удлинения при разрыве, что гарантирует конструкцию от преждевременного хрупкого разрушения по растянутой арматуре;

-высокая вязкость, характеризуемая наибольшим практически необходимым числом безопасных перегибов, что позволяет избежать снижения прочностных характеристик арматуры в процессе изготовления конструкции;

-способность арматуры к наилучшему сцеплению с бетоном, для чего поверхности арматуры придают соответствующее очертание и профиль (рис. 1).

Кроме того, арматурные стали должны обладать:

-свариваемостью, характеризуемой образованием надежных соединений без трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах;

-стойкостью против хладноломкости или склонностью к хрупкому разрушению под напряжением при отрицательных температурах (ниже минус 30°С);

-пределом выносливости, т.е. прочностью, при которой не наблюдается хрупкого разрушения стали при действии многократно повторяющейся нагрузки (при числе циклов n = 1×10⁵);

-реологическими свойствами, к которым относят ползучесть и релаксацию стали.

Под ползучестью арматурной стали понимают, как и для бетона, рост деформаций во времени при постоянном уровне напряжений. Ползучесть стали увеличивается с ростом уровня растягивающих напряжений и температуры.

Под релаксацией арматурной стали понимают снижение во времени начального уровня напряжений при постоянной величине деформации. Ползучесть и релаксация связаны со структурными изменениями материала, происходящими под действием напряжений и окружающей среды. В общем случае реологические явления зависят от прочности и химического состава стали, технологии изготовления, температуры, геометрии поверхности, уровня напряжений и условий применения. Явления релаксации и ползучести стали описывают с использованием эмпирических зависимостей, полученных на основании опытов.

Механические свойства арматурных сталей

Механические свойства (прочностные и деформативные) арматурных сталей устанавливают по диаграммам деформирования «напряжения–деформации», полученным при испытании прямым растяжением опытных образцов, вырезаемых непосредственно из арматурного стержня.

В зависимости от механических свойств арматурные стали традиционно принято разделять на две группы: так называемые «мягкие» стали, имеющие физический предел текучести, и «твердые» стали, не имеющие физического предела текучести.

Для «твердых» сталей, для которых наблюдается постепенный, плавный переход в пластическую стадию и на кривой «s_s–e_s» отсутствует ярко выраженная площадка текучести, вводят понятие условного предела текучести.

Тогда, для «мягких» сталей напряжение f_yk, при котором деформации развиваются без заметного прироста нагрузки, называют физическим пределом текучести, а напряжение f_t, предшествующее разрыву – носит название временного сопротивления арматуры.

Для высокопрочных сталей устанавливают условный предел текучести s_0,2 = f_yk – напряжение, при котором остаточные деформации e_s составляют 0,2 %.

Для арматурных сталей, имеющих физический предел текучести, рассматривают следующие относительные деформации, характеризующие основные этапы их работы под нагрузкой.

3. Задача. Назначить толщину внутренней стены многоэтажного здания, выполненной из обыкновенного кирпича марки М100 на растворе марки М50, если продольное расчетное усилие N= 550 кН (N_g= 520 кН); высота этажа Н= 3,3 м.

Экзаменационный билет № 16

Арматурные изделия. Анкеровка, перегибы и стыки арматуры

Совместная работа арматуры и бетона. Сцепление арматуры с бетоном. Защитный слой бетона.

3. Задача. Проверить прочность ж/б балки таврового сечения с размерами b_w = 30 см, h = 60 см, b^I_f =60см, h^I_f =20см, с = 3 см. Бетон класса С 20/25. Растянутая рабочая арматура 3 Ø 14 S500. Действующий изгибающий момент М_sd = 200 кНм

Экзаменационный билет № 17

Понятие об изгибаемых жб элементах. Виды и их область применения. Конструкции плит и балок.

Основные положения теории сопротивления железобетона. Стадии напряженно-деформированного состояния при изгибе.

3. Задача. Определить требуемую площадь продольной рабочей арматуры A_s1 ж/б балки прямоугольного сечения с размерами b_w = 25 см, h = 50 см, с = 3 см. Бетон класса С 16/20, Рабочая арматура S500.Расчетный изгибающий момент М_sd = 180 кНм.

Экзаменационный билет № 18

Возможные случаи расчета изгибаемых элементов.

Основные предпосылки и допущения расчета элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям двух групп. Понятие о расчетных сечениях.

3. Задача. Проверить прочность ж/б балки прямоугольного сечения с размерами b = 40 см, h = 50 см, с = 3 см. Бетон класса С 20/25, Растянутая рабочая арматура 4 Ø 16мм S400. Действующий изгибающий момент М_sd = 150 кНм

Экзаменационный билет № 19