Марка по водонепроницаемости Wназначается для конструкций, к которым предъявляются требования ограничения проницаемости, например, к железобетонным трубам, к резервуарам и т.д.
Водонепроницаемость это свойство бетона не пропускать через себя воду. Она оценивается коэффициентом фильтрации – массой воды, прошедшей за единицу времени под постоянным давлением через единицу площади образца при определенной его толщине. Установлены марки для тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов: W2, W4, W6, W8, W10, W12. Цифра в марке означает давление воды в кгс/см2, при котором не наблюдается ее просачивание через образцы 180-суточно-го возраста.
Марка по самонапряжению Sp означает значение предварительного напряжения в бетоне, МПа, создаваемого в результате его расширения. Эти значения изменяются от Sp 0,6 до Sp 4.
При определении собственного веса конструкций и для теплотехнических расчетов большое значение имеет плотность бетона. Марки бетонов по средней плотности D (кг/м3) установлены с шагом градации 100 кг/м3: тяжелые бетоны – D = 2300–2500; мелкозернистые – 88
D = 1800–2400; легкие – D = 800–2100; ячеистые – D = 500–1200; поризованные – D = 800–1200.
Арматура
Арматура железобетонных конструкций состоит из отдельных рабочих стержней, сеток или каркасов, которые устанавливают для восприятия действующих усилий. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.
Арматура, устанавливаемая по расчету, называется рабочей; устанавливаемая по конструктивным и технологическим соображениям – монтажной.
Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия – сварные и вязаные сетки и каркасы, которые размещают в железобетонных элементах в соответствии с характером их работы под нагрузкой.
Арматуру классифицируют по четырем признакам:
—в зависимости от технологии изготовления различают стержневую и проволочную арматуру. Под стержневой в данной классификации подразумевают арматуру любого диаметра в пределах d= 6–40 мм;
—в зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной, т.е. подвергнутой термической обработке, или упрочненной в холодном состоянии – вытяжкой, волочением;
—по форме поверхности арматура бывает периодического профиля и гладкой. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля, рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном;
– по способу применения при армировании железобетонных элементов различают напрягаемую арматуру, т.е. подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую
Стержневую горячекатаную арматуру в зависимости от ее основных механических характеристик подразделяют на шесть классов с условным обозначением: A-I, А-П, А-Ш, A-IV, A-V, А-VI. Основные механические характеристики применяемой арматуры приведены в табл. 2.6.
Термическому упрочнению подвергают стержневую арматуру четырех классов; упрочнение в ее обозначении отмечается дополнительным индексом «т»: Ат-Ш, Ат-IV, At-V, At-VI. Дополнительной буквой С указывают на возможность стыкования сваркой, буквой К – на повышенную коррозионную стойкость. Подвергнутая вытяжке в холодном состоянии стержневая арматура класса А-Ш отмечается дополнительным индексом В.
Каждому классу арматуры соответствуют определенные марки арматурной стати с одинаковыми механическими характеристиками, но различным химическим составом. В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Например, в марке 25Г2С первая цифра обозначает содержание углерода в сотых долях процента (0,25%), буква Г – что сталь легирована марганцем, цифра 2 – что егосодержание может достигать 2%, буква С – наличие в стали кремния (силиция).
Присутствие других химических элементов, например, в марках 20ХГ2Ц, 23Х2Г2Т, обозначается буквами: X – хром, Т – титан, Ц – цирконий.
Стержневая арматура всех классов имеет периодический профиль за исключением круглой (гладкой) арматуры класса A-I.
Арматурные изделия, применяемые для изготовления ж/б конструкций
Для армирования железобетонных конструкций широко применяют обыкновенную арматурную проволоку класса Вр-I(рифленую) диаметром 3–5 мм, получаемую холодным волочением низкоуглеродистой стали через систему калиброванных отверстий (фильеров). Наименьшая величина условного предела текучести при растяжении проволоки Вр-I при диаметре 3–5 мм составляет 410 МПа.
Способом холодного волочения изготовляется также высокопрочная арматурная проволока классов В-П и Вр-И – гладкая и периодического профиля (рис. 2.8, г) диаметром 3–8 мм с условным пределом текучести проволоки В-П – 1500–1100 МПа и Вр-П – 1500–1000 МПа.
Арматуру железобетонных конструкций выбирают с учетом ее назначения, класса и вида бетона, условий изготовления арматурных изделий и среды эксплуатации (опасность коррозии) и т.п. В качестве основной рабочей арматуры обычных железобетонных конструкций преимущественно следует применять сталь классов А-Ш и Вр-I. В предварительно напряженных конструкциях в качестве напрягаемой арматуры применяют преимущественно высокопрочную сталь классов В-И, Вр-П, А-VI, Ат-VI, A-V, At-Vи At-VII.
Армирование предварительно напряженных конструкций твердой высокопрочной проволокой весьма эффективно, однако из-за малой площади сечения проволок число их в конструкции значительно увеличивается, что усложняет арматурные работы, захват и натяжение арматуры. Для уменьшения трудоемкости арматурных работ применяют заранее свитые механизированным способом канаты, пучки параллельно расположенных проволок и стальные тросы. Нераскручивающиеся стальные канаты класса К изготовляют преимущественно 7- и 19-проволочными (К-7 и К-19).
Условия прочности внецентренно сжатых элементов таврового и двутаврового профиля
При расчете элементов таврового и двутаврового профиля могут встретиться два случая расположения нейтральной оси (рис. 2.40): нейтральная ось располагается в полке и нейтральная ось пересекает ребро. При известном армировании положение нейтральной оси определяется при сравнении силы N с усилием, воспринимаемым полкой.
Если выполняется условие: N< Rbb'fh'f, то нейтральная ось располагается в полке. В этом случае расчет таврового или двутаврового сечения выполняется как для элемента прямоугольного профиля шириной bj-и высотой h.
Следует отметить, что расчет элементов таврового и двутаврового профиля на прочность весьма трудоемок. Сравнительно просто решается задача проверки прочности нормальных сечений при известном армировании и значительно сложнее – расчет продольной арматуры, особенно при действии нескольких загружений с моментами разных знаков.
Пример 2.5. Требуется проверить прочность сечения колонны. Колонна сечением b = 400 мм; h= 500 мм; а = а' = 40 мм; бетон тяжелый класса В20 (Rb=11,5 МПа, Еь = 24000 МПа); арматура класса А-Ш (Rs = Rsc= 365 МПа); площадь сечения арматуры As = А^ = 982 мм (2025); расчетная длина Iq = 4,8 м; продольная сила n = 800 кН; изгибающий момент м = 200 кН • м; влажность окружающей среды 65%.
Условия прочности растянутых элементов
В условиях растяжения работают нижние пояса ферм и элементы решетки, затяжки арок, стенки круглых и прямоугольных резервуаров и другие конструкции.
Для растянутых элементов эффективно применение высокопрочной предварительно напряженной арматуры. При конструировании растянутых элементов особое внимание должно быть обращено на концевые участки, на которых должна быть обеспечена надежная передача усилий, а также на стыкование арматуры. Стыки арматуры выполняются, как правило, сварными.
Расчет центрально-растянутых элементов
При расчете на прочность центрально-растянутых железобетонных элементов учитывается, что в бетоне появляются нормальные к продольной оси трещины и все усилие воспринимается продольной арматурой.
Расчет внецентренно растянутых элементов при малых эксцентриситетах
Если сила N не выходит за границы, очерченные арматурой Asи A's, с появлением трещины бетон полностью выключается из работы и продольное усилие воспринимается арматурой Asи Л.
Расчет внецентренно растянутых элементов при больших эксцентриситетах
Если сила N выходит за пределы арматуры As, то в элементе появляется сжатая зона бетона. Для элемента прямоугольного сечения условия прочности имеют вид
N – е< Rbbx(h0 – х/2) + RscA&h0 – а'),
N=RsAs-Rbbs~RscA^.
При использовании относительных величин £, = xlh^ и ат= 2; (1 -1/2) условия прочности преобразуются к виду
N-e< Rbambhl + RscA^(h0– а'),
N=RSAS-R£bh0-Rsc4.
Статический расчет поперечной рамы одноэтажного промышленного здания
Требуется выполнить статический расчет поперечной рамы одноэтажного двухпролетного промышленного здания методом перемещений и определить изгибающие моменты, продольные и поперечные силы в характерных сечениях колонн по исходным данным.
Конструктивные элементы здания и исходные данные для расчета принять по предыдущему практическому занятию.
При расчете по методу перемещений за неизвестные принимаются угловые или линейные перемещения узлов рамы.
Основы расчета строительных конструкций по предельным состояниям
Для здания, сооружения, а также основания или отдельных конструкций предельными называются такие состояния, при которых они перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям, а также требованиям, заданным при их возведении.