Сочетание нагрузок

В расчетах строительных конструкций следует учитывать наиболее неблагоприятные, физически возможные сочетания нагрузок и воздействий. Неблагоприятное сочетание нагрузок это такое сочетание, которое вызывает в опасных сечениях максимальные (по модулю) усилия.

Вероятность одновременного действия всех неблагоприятных временных нагрузок мала. Кроме того, сама продолжительность их одновременного воздействия незначительна (а чем непродолжительнее действуют нагрузки, тем лучше им сопротивляются конструкции). Это позволяет несколько снизить величины временных нагрузок путем умножения их на коэффициент сочетаний ψ (при условии, что число кратковременных нагрузок не менее двух). Таким образом, коэффициенты сочетаний – это коэффициенты, с помощью которых учитывается фактор непродолжительности одновременного воздействия всех неблагоприятных временных нагрузок – фактор, положительно влияющий на прочность, трещиностойкость и деформативность конструкций.

Различают сочетания двух видов:

– основные сочетания усилий, в них входят значения от постоянных, длительных ψ₁= 0,95 и кратковременных нагрузок ψ₂= 0,9 и воздействий.

– особые сочетания в них входят усилия от постоянных, длительных ψ₁= 0,95, возможных кратковременных ψ₂= 0,8 и одной из особых нагрузок.

ТЕМА 3. Железобетонные конструкции. Физико-механические свойства бетона, арматурных сталей, железобетона.

Физико-механические свойства бетона, арматуры. Железобетон. Сущность железобетона, общие свойства и структура.

Бетон. Классификация бетонов. Прочность бетона. Деформативность бетона. Диаграмма "напряжения-деформации" бетона при сжатии и растяжении. Модуль деформации бетона. Усадка и ползучесть бетона. Показатели качества бетона – классы. Коэффициент вариации прочности бетона, его экономическое значение.

Арматура. Назначение и виды арматуры, физико-механические свойства. Классификация арматуры. Арматурные изделия. Соединения арматуры, способы упрочнения арматуры. Применение арматуры в железобетонных конструкциях.

Железобетон. Сцепление арматуры с бетоном. Анкеровка арматуры в бетоне. Усадка и ползучесть железобетона. Достоинства и недостатки железобетона. Способы изготовления сборных железобетонных конструкций.

Сущность железобетона. Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры, рационально расположенной в конструкциях для восприятия растягивающих а в ряде случаев сжимающих усилий.

Бетон, как и другие каменные материалы, обладает значительным сопротивлением, сжимающим напряжением и весьма малым сопротивлением растяжению.

Прочность бетона на растяжение в 10-15 раз меньше прочности на сжатие. Так, при приложении нагрузки в верхней зоне сечения балки возникает сжатие, в нижней – растяжение. Когда напряжения в растянутой зоне достигнут предельного сопротивления бетона растяжению, образуется трещина и происходит хрупкое разрушение балки задолго до того, как будет использована прочность бетона на сжатие. Несущая способность такой балки ограничена низким сопротивлением бетона растяжению. В связи с этим бетонные (неармированные) конструкции, предназначенные для работы на изгиб или растяжение, были бы очень массивными, нерентабельными и практически неприемлемыми.

Армирование (усиление) растянутой зоны изгибаемых элементов материалами, обладающими значительно более высокой прочностью на растяжение, чем бетон, позволяет существенно повысить их несущую способность. Таким материалом чаще всего является сталь, а конструкции, полученные на основе рационального объединения бетона и стали при условии обеспечения их совместной работы, называются железобетонными.

Рассмотрим особенности их работы под нагрузкой на примере железобетонной балки. Предположим, что в растянутой зоне уложена мягкая сталь. В процессе загружения рассматриваемая балка будет вначале работать подобно бетонной. После образования трещин в бетоне растянутой зоны балка не разрушится, так как растягивающие усилия будут восприняты арматурой. Разрушение в этом случае наступит вследствие развития текучести стали и последующего раздавливания бетона сжатой зоны.

Схемы разрушения балок: 1 - сжатая зона; 2 - растянутая зона; 3 - арматура

Несущая способность армированной балки намного выше, чем бетонной. Опыты показывают, что при эксплуатационных нагрузках, составляющих обычно 0,5...0,7 от разрушающих, напряжения в арматуре не более 250-300 МПа, а прогибы конструкций и ширина раскрытия трещин не превышают допустимых значений. В такой конструкции бетон может быть полностью использован в работе на сжатие, а арматура – на растяжение.

Конструкции армируют не только при работе их на растяжение и изгиб, но также и при кручении, срезе, внецентренном и осевом сжатии. В этих случаях рабочую арматуру ставят для уменьшения размеров сечений элементов и снижения собственного веса конструкций, а также для обеспечения большей их надежности. Разрушение бетонных (неармированных) элементов происходит внезапно (хрупко), в то время как разрушение железобетонных элементов наступает постепенно, что позволяет снизить запас прочности.

Кроме обычных железобетонных конструкций существуют также предварительно напряженные. Предварительное напряжение позволяет эффективно использовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невозможно в обычном железобетоне. В предварительно напряженных железобетонных конструкциях арматура подвергается предварительному растяжению, а бетон — обжатию.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций значительно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех частях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение.

Основные физико-механические факторы, обеспечивающие совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне:

1) значительное сцепление между поверхностью стальной арматуры и бетоном;

2) близкие по величине коэффициенты линейного расширения бетона и стали (для бетона α_b =1·10^-5÷l,5·10^-5; для стали α_st =1,2·10^-5, что исключает появление внутренних усилий при перепадах температуры, которые могли бы нарушить сцепление бетона со сталью;

3) защищенность стали, заключенной в плотный бетон, от коррозии и непосредственного действия огня.