Основные физико-механические характеристики арматуры

Характеристики прочности и деформаций арматурных сталей устанавливают по диаграмме получаемой из испытания образцов на растяжение.

Рис. 1.18. Диаграммы при растяже­нии арматурной ста­ли а — с площадкой текуче­сти (мягкая сталь); б — с условным пределом те­кучести

Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением после разрыва — до 25% (мягкая сталь) (рис.1.18,а).

Повышение прочности горячекатаной арматурной ста­ли и уменьшение удлинения при разрыве достигают вве­дением в ее состав углерода и различных легирующих добавок: марганца, кремния, хрома и др.

Существенного повышения прочности горячекатаной арматурной стали достигают термическим упрочнением или холодным

деформированием. Высоколегированные и термически упрочненные арма­турные стали переходят в пластическую стадию посте­пенно, что характеризуется отсутствием ярко выраженной площадки текучести на кривой (рис. 1.18,6). Для этих сталей

устанавливают условный предел текучести — на­пряжение, при котором остаточные деформации со­ставляют 0,2 %.

Пластические свойства арматурных сталей имеют большое значение для работы железобетонных конструк­ций под нагрузкой, механизации арматурных работ, удоб­ства натяжения напрягаемой арматуры и др. Арматурная сталь обладает достаточной пластичностью, которая ха­рактеризуется относительным удлинением при испытании на разрыв образцов длиной, равной 5 диаметрам стержня (или 100 мм), а также оценивается испытанием их на изгиб в холодном состоянии вокруг оправки тол­щиной, равной 3 - 5 диаметров стержня. Понижение пла­стических свойств арматурной стали может стать причи­ной хрупкого (внезапного) разрыва арматуры в конст­рукциях под нагрузкой, хрупкого излома напрягаемой арматуры в местах резкого перегиба или при закрепле­нии в захватках и т. п.

Минимально допустимое относи­тельное удлинение и требования при испытании на холод­ный загиб установлены стандартами и техническими ус­ловиями.

Свариваемость арматурных сталей характеризуется надежностью соединения, отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах. Сваривае­мость имеет существенно важное значение для механи­зированного изготовления сварных сеток и каркасов, вы­полнения стыков стержневой арматуры, анкеров, раз­личных закладных деталей и т. п. Хорошо свариваются горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные арматурные стали. Нельзя сваривать арматурные стали, упрочненные термической обработкой или вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения — про­исходят отпуск и потеря закалки термически упрочнен­ных сталей, отжиг и потеря наклепа проволоки, упроч­ненной вытяжкой.

Хладноломкостью, или склонностью к хрупкому раз­рушению под напряжением при отрицательных темпера­турах (ниже -30 °С), обладают горячекатаные ар­матурные стали периодического профиля некоторых ви­дов — из полуспокойной мартеновской и конвертерной стали и др. Арматурные стали из высокопрочной прово­локи и термически упрочненные обладают более низким порогом хладноломкости.

Реологические свойства арматурной стали характе­ризуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть нара­стает с повышением напряжений и ростом температуры. Релаксация (уменьшение напряжений) наблюдается в ар­матурных стержнях при неизменной длине — отсутствии деформаций. Релаксация зависит от механических свойств и химического состава арматурной стали, техно­логии изготовления и условий применения и др. Значи­тельной релаксацией обладает упрочненная вытяжкой проволока, термически упрочненная арматура, а также высоколегированная стержневая арматура. Релаксация горячекатаных низколегированных арматурных сталей незначительна. Как показывают опыты, наиболее интен­сивно релаксация развивается в течение первых часов, однако она может продолжаться длительное время. Релаксация арматурной стали оказывает большое влияние на работу предварительно напряженных конструкций, так как приводит к частичной потере искусственно созданно­го предварительного напряжения.

Усталостное разрушение арматурной стали наблюда­ется при действии многократно повторяющейся нагрузки, оно носит характер хрупкого разрушения. Предел вынос­ливости арматурной стали в железобетонных конструк­циях зависит от числа повторений нагрузки п, качества сцепления и нали­чия трещин в бетоне растянутой зоны и др. Тер­мически упрочненные арматурные стали имеют понижен­ный предел выносливости.

Динамическая прочность арматурной стали наблюда­ется при нагрузках большой интенсивности, действующих на сооружение за весьма короткий промежуток времени. В условиях высокой скорости деформирования арматур­ные стали работают упруго при напряжениях, превыша­ющих физический предел текучести, при этом происходит запаздывание пластических деформаций. Превышение динамического предела текучести над пределом текуче­сти при статическом нагружении связано с временем запаздывания. В меньшей степени динамическое упрочне­ние проявляется на условном пределе текучести ста­лей легированных и термически упрочненных (не имею­щих явно выраженной площадки текучести) и практиче­ски совсем не отражается на пределе прочности всех видов арматурных сталей, в том числе высокопрочной проволоки и изделий из нее.

Изменение структуры металла и снижение прочности арматурных сталей происходит при высокотемператур­ном нагреве. Так, при нагреве до 400 °С предел текучести горячекатаной арматуры класса А – III уменьшается на 30 %, классов А-II и А-I — на 40 %, модуль упругости уменьшается на 15 %. Заметное проявление ползучести арматуры в конструкциях под нагрузкой наблюдается при температуре свыше 350 °С. При нагреве происходят отжиг и потеря наклепа арматуры, упрочненной холод­ным деформированием, поэтому временное сопротивле­ние у высокопрочной арматурной проволоки снижается интенсивнее, чем у горячекатаной арматуры. После на­грева и последующего охлаждения прочность горячекатаной арматурной стали восстанавливается полностью, а прочность высокопрочной арматурной проволоки — лишь частично.

14. Характеристики предельных состояний строительных конструкций.

Предельными считаются состояния, при которых кон­струкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в проц-ессе эксплуатации требованиям, т. е. теряют спо­собность сопротивляться внешним нагрузкам и воздейст­виям или получают недопустимые перемещения или ме­стные повреждения.

Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных со­стояний: по несущей способности (1 группа); по пригодности к нормальной эксплуатации (2 группа).

o Расчет по предельным состояниям 1 группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:

o хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением);

o потерю устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т.п.) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или под­земных резервуаров и т. п.);

o усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократ­но повторяющейся подвижной или пульсирующей на­грузки: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т.п.);

o разрушение от совместного воздействия силовых фак­торов и неблагоприятных влияний внешней среды (аг­рессивность среды, попеременное замораживание и от­таивание и т. п.).

Расчет по предельным состояниям второй группы вы­полняют, чтобы предотвратить следующие явления:

o образование чрезмерного и продолжительного раскры­тия трещин (если по условиям эксплуатации они допу­стимы);

o чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний).

Расчет по предельным состояниям конструкции в це­лом, а также отдельных ее элементов или частей выпол­няют для всех этапов: изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. При этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям и каждому из перечисленных этапов.

15. Колонны одноэтажных промышленных зданий

КЛАССИФИКАЦИЯ КОЛОНН И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

Колонны одноэтажных зданий могут быть классифицированы в зависимости от характера изменения поперечного сечения по длине, характера конструкции, видa соединений заводских элементов и конструктивной схемы. Колонны бывают с постоянным сечением и с переменным — ступенчатые. Колонны с постоянным сечением рекомендуется применять в зданиях без мостовых кранов, в зданиях с кранами грузоподъемностью до 10 т включительно (с опиранием подкрановых балок на консоли колонн), для отдельных ветвей колонн раздельного типа, во всех случаях, когда колонны могут быть выполнены из одного прокатного профиля, и для рабочих площадок. В остальных случаях, как правило, применяются ступенчатые колонны.
По характеру конструкции различают колонны сплошные, имеющие сплошную стенку между поясами, и сквозные, в которых пояса ветвей соединены друг с другом решеткой или планками. Сплошные колонны рекомендуется применять при центральном сжатии или при очень малых эксцентрицитетах продольной силы в случаях, когда площадь сечения стенки может быть достаточно полно использована для работы на эту силу, а также при любых силовых воздействиях, когда высота сечений колонн ограничена (порядка 600—800 мм). В остальных случаях рекомендуется проектировать сквозные колонны, которые более экономичны по затрате металла, однако трудоемкость их изготовления несколько больше, чем сплошных, в особенности при применении автоматической сварки. Широкое применение имеют также колонны смешанного типа, в которых верхние (надкрановые) участки, вследствие ограниченных габаритов, выполняются сплошными, а нижние — сквозными. К колоннам такого типа относится большинство ступенчатых колонн одноэтажных промышленных зданий.

Колонны средних рядов зданий и сооружений условно могут быть отнесены к внецентренно сжатым железобетонным элементам со случайным эксцентриситетом. Поэтому:

- рекомендуемые сечения для сжатых (со случайным эксцентриситетом) элементов – симметричные (квадратные, круглые) при минимальных размерах 200 мм для жилых (общественных) зданий и 300 мм – промышленных;

- сечение колонн целесообразно принимать с таким расчетом, чтобы их гибкость ;

- рекомендуемые классы

бетона – не ниже В15;

рабочей арматуры – А300, A400;

поперечной – А240, В500.

- минимальный диаметр стержней продольной арматуры принимается равным 12 мм, а поперечной – по условиям свариваемости для сварных каркасов (Прил. 3) и не менее 5 мм (0,25 d) – в вязанных;

- максимальный диаметр продольных стержней сжатых элементов зависит от вида и класса бетона (см. п. 8.3.4 [2]);

- минимальный коэффициент армирования должен соответствовать требованиям п. 8.3.4 [2], максимальный – μ _max ≤ 0,03;

- шаг хомутов не должен превышать 15 d и быть не более 500 (условие обеспечения устойчивости сжатой продольной арматуры);

Примечание: если μ > 3 %, то шаг хомутов принимается менее 10 d и менее 300 мм;

- размещение арматуры в сечении и установка конструктивной продольной и поперечной арматуры должны выполняться с учетом требований п.п. 8.3.4 и 8.3.9 [2] (см. также рис. 6.1).

Рисунок 6.1 – Армирование поперечного сечения колонн

а, б – сварными каркасами, в – ж – вязаными каркасами; 1 – соединительный стержень; 2 – каркас; 3 – одиночный хомут; 4 – двойной хомут; 5 – дополнительный стержень; 6 – шпилька; 7 – дополнительные стержни диаметром Æ 12 – 16 мм