Сопротивление продольной арматуры растяжению

Любой материал не обладает стабильно одинаковой прочностью. Брать в таких случаях среднюю прочность`R слишком рискованно (50 % вероятности того, что в опасном сечении конструкции прочность материала окажется ниже`R), а брать Rmin – слишком накладно (столь низкая прочность приведет к увеличению размеров сечения). Поэтому специалисты условились принимать в качестве нормативной Rn такую прочность, которая давала бы 95 % гарантии, а риска – лишь 5 . Следовательно, нормативным сопротивлением арматуры растяжению Rsn является условный или физический пределы текучести с обеспеченностью 0,95.

Строительные конструкции должны обладать запасом несущей способности, который предохраняет от многих неприятных случайностей и обеспечивает долговечность зданий и сооружений. Вот почему в расчетах по прочности сечений используют не нормативные, а более низкие – расчетные сопротивления материалов, взятые с запасом по отношению к нормативным: R = Rn /g, где g — коэффициент надежности по прочности. Для арматуры gs = (1,05…1,2) в зависимости от класса стали. Значение g тем больше, чем больший разброс прочности материала, или, говоря иначе, чем менее однородна его прочность.

Микроразрушение бетона. Как оценка этого параметра связана с оценкой прочности ж/б элементов при циклическом нагружении.

При действии многократно повторных нагрузок с повторяемостью в несколько миллионов циклов временное сопротивление бетона сжатию под влиянием развития структурных микротрещин уменьшается. Предел прочности бетона при многократно повторяемых нагрузках или предел выносливости бетона Rr, согласно опытным данным зависят от числа циклов нагрузки – разгрузки и отношения попеременно возникающих минимальных и максимальных напряжений или ассиметрии цикла ρ=σmin/ σmах. С увеличением числа циклов n снижается Rr/ Rb; напряжение на горизонтальном участке кривой при n→∞ называют абсолютным пределом выносливости. Практический предел выносливости Rr (на ограниченной базе n=2*106) зависит от характерности цикла ρ почти линейно, его наименьшее значение Rr = 0.5 Rb.

Наименьшее значение предела выносливости связано с началом образования структурных микротрещин как Rr ≥ Rcrc. Такая связь позволяет находить предел выносливости по первичному нагружению образца, опрделяя границы образования структурных микротрещин ультразвуковой аппаратурой.

Значение Rr необходимо для расчета на выносливость железобетонных конструкций, испытывающих динамические нагрузки, — подкрановых балок, перекрытий некоторых промышленных зданий и т. п.

Разрушение бетона происходит постепенно. Вначале возника­ют перенапряжения, а затем микротрещины в отдельных микро­объемах. Развитие этого процесса сопровождается перераспреде­лением напряжений и вовлечением в трещинообразоваиие все боль­шего объема материала, вплоть до образования сплошного разры­ва того или иного вида, зависящего от формы образца или кон­струкций, ее размеров и других факторов На последней стадии иагружения процесс микроразрушепий становится неустойчивым и носит лавинный характер.

Разрушение бетона при сжатии обусловлено развитием микротрещин отрыва, направленным параллельно действующему уси­лию. Происходит кажущееся увеличение объема образца, но в действительности нарушается сплошность материала. Процесс развития микротрещин определяется структурой бетона, в частности размером и числом дефектных мест в ней, а также видом и ре­жимом приложенной нагрузки.

От чего зависит сцепление арматуры с бетоном? Чем характеризуется сцепление? Принципы эскизного конструирования анкеровки стали А-III: растянутой, сжатой, соответствующих стыков.

Для чего нужно сцепление? Нужно для обеспечения их совместных деформаций. При отсутствии сцепления арматура никакой пользы не принесет – бетон будет работать сам по себе, а арматура лишь служить балластом. Без сцепления арматуру можно применять в преднапряженных конструкциях.

От чего зависит? От нескольких факторов, главные из которых: силы склеивания цементного камня с поверхностью металла, силы трения, вызванные усадкой бетона, и силы механического зацепления выступов арматуры за бетон (последние – у арматуры периодического профиля). Эти силы Тсцпрепятствуют проскальзыванию арматуры относительно бетона и направлены в сторону, противоположную направлению смещения арматуры. Они являются реакцией противодействия и в сумме равны продольному усилию в стержне: S Тсц= Ns. Очевидно, что сцепление лучше у арматуры периодического профиля и хуже у гладких стержней, особенно с промасленной, грязной или ржавой поверхностью. На практике пользуются не сосредоточенными силами Тсц, а касательными напряжениями tсц = Тсц /Асц, где Асц– площадь поверхности контакта арматуры и бетона.

Чем характеризуется? Характеризуется длиной зоны анкеровки lan, т.е. такой длиной заделки арматуры в бетоне, которая обеспечивает полное использование прочности стали. Иначе говоря, если стержень заделан на величину lx > lan, то выдернуть его из бетона невозможно, он разорвется или потечет в другом месте при усилии Ns1 = RsAs; если на величину lx< lan, то он выдернется при усилии Ns2 = RsAs(lx / lan), недоиспользовав свою прочность. В последнем случае говорят, что стержень слабо заанкерен в бетоне. Чем лучше сцепление, тем выше tсц, тем меньше lan. Эпюра tсц для простоты расчетов принимается прямоугольной, а эпюра Ns соответственно треугольной, хотя в действительности обе они криволинейны (пунктирные линии на рис.11). Длину зоны анкеровки определяют по эмпирической зависимости lan = (wanRs /Rb + Dlan)d, где wan и Dlan – коэффициенты, учитывающие профиль арматуры и характер усилий (сжатие или растяжение), d – диаметр стержня, Rsи Rb.– расчетные сопротивления арматуры и бетона. Задача конструктора состоит в том, чтобы обеспечить заделку арматуры по обе стороны опасного сечения на величину не менее lan.

Почему величина lan зависит от диаметра арматуры?

При увеличении диаметра вдвое площадь сечения увеличивается вчетверо; вчетверо (при той же прочности) увеличивается и усилие в стержне. Чтобы удержать этот стержень в бетоне от выдергивания, нужно вчетверо больше сил сцепления, в то время как периметр, а значит, и площадь контакта арматуры с бетоном возросли только вдвое. Следовательно, нужно еще вдвое увеличить площадь контакта, т.е. вдвое увеличить длину анкеровки.

В процессе эскизного конструирования при армировании наиболее распространенной сталью класса A-III можно пользоваться простыми зависимостями: для растянутой арматуры lan= 40d, для сжатой lan= 30d, для растянутых стыков внахлестку lan= 50d, для сжатых стыков lan= 35d.