Прочность бетона на осевое растяжение

Как было установлено выше, согласованный режим работы линии (КБВ=1) является оптимальным. Этот режим обеспечивают, применяя специальные согласующие устройства, которые из соображений получения высокого КПД тракта необходимо выполнять из реактивных элементов (без омических потерь).

В зависимости от требований к уровню согласования и полосе частот согласования различают два отличных по постановке задачи вида согласования: узкополосное и широкополосное.

В случае узкополосного согласования, режим бегущей волны достигается на единственной расчетной частоте. При отклонении частоты от расчетной возникает рассогласование и наблюдается снижение КБВ. Характерная частотная зависимость КБВ при узкополосном согласовании показана на рис. 3.3. Полоса частот, в которой КБВ превышает установленное допустимое значение (например 0.7), называется полосой частот согласования по заданному уровню КБВ. При узкополосном согласовании полоса частот не контролируется в процессе расчета номиналов элементов согласующего устройства и определяется путем поверочного расчета или экспериментально лишь после нахождения номиналов согласующих элементов.

Для достижения режима бегущей волны на единственной заданной частоте достаточно использовать реактивное согласующее устройство с двумя степенями свободы, поскольку оно должно обеспечить выполнение только двух условий: Re z=1 и Im z = 0 на входе согласующего устройства на единственной заданной частоте.

При отклонении частоты от частоты согласования КБВ обычно резко уменьшается.

Рис. 3.3. Зависимость КБВ и КСВ от частоты при узкополосном согласовании.

При широкополосном согласовании подбор номиналов реактивного согласующего устройства производят таким образом, чтобы выполнить одно из двух условий:

1) получить максимальное значение КБВ в заданной полосе частот;

2) получить максимальную полосу частот согласования при выбранном значении допустимого КБВ.

Постановка задачи в форме: «Получить в заданной полосе частот уровень КБВ не ниже КБВ_доп» не корректна.

Алгоритм широкополосного согласования разрабатывается с обязательным учетом изменения сопротивления нагрузки в интересующей полосе частот.

Качество широкополосного согласования зависит от допустимой сложности согласующего устройства, и для получения требуемого результата число степеней свободы в реактивном согласующем устройстве должно быть больше двух.

Прочность бетона на осевое растяжение.

Зависит от прочности цементного камня на растяжение и сцепления его с зернами заполнителя. Согласно опытным данным, прочность бетона на растяжение в 10 ¸ 20 раз меньше, чем при сжатии. Повышение прочности бетона на растяжение может быть достигнуто увеличением расхода цемента, уменьшением W/C, применением щебня с шероховатой поверхностью.

Временное сопротивление бетона осевому растяжению (МПа) можно определить по эмпирической формуле:

₃___

R_bt = 0,233 ÖR²

Вследствие неоднородности бетона эта формула дает лишь приблизительные значения R_bt, точные значения получают путем испытания на разрыв образцов в виде восьмерки.

Классы и марки бетона

В зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий эксплуатации устанавливают показатели качества бетона, основными из которых являются:

n класс по прочности на осевое сжатие В; указывают в проектах во всех случаях, как основную характеристику;

для тяжелых бетонов Нормы устанавливают такой ряд классов - В 7.5, В10, В12.5, В15, В20, В25, В30, В35, В40, В45, В50, В55, В60.

для мелкозернистых в зависимости от группы в диапазоне от В 7.5 до В60.

для легких бетонов в зависимости от средней плотности В 3.5 - В40.

n класс по прочности на осевое растяжение В_t, назначается в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве; В_t 0.8; В_t1.2; В_t1.6; В_t2; В_t2.4; В_t2.8; В_t3.2;

n марка по морозостойкости F; назначают для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременных замораживаний и оттаиваний; Характеризует число выдерживаемых бетоном циклов попеременного замораживания - оттаивания в насыщенном водой состоянии при условии, что снижение прочности составляет не более, чем 15%. Для тяжелого и мелкозернистого бетона - F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500. Для легкого бетона - F25 - F500. Для ячеистых - F15 - F100.

n марка по водонепроницаемости W; назначают для конструкций, к которым предъявляются требования ограниченной проницаемости (резервуары и т.п.); W2, W4, W6, W8, W10, W12. Она характеризует предельное давление воды (кг/см²), при котором не происходит ее просачивание через испытуемый образец в пределах требований Норм.

n марка по средней плотности D; назначают для конструкций, к которым кроме требований прочности предъявляются требования теплоизоляции, и контролируют на производстве. Тяжелый бетон от D2200 до D2500; легкий бетон от D800 до D2000; поризованный бетон от D800 до D1400.

n

Заданные класс и марку бетона получают соответствующим подбором состава бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов.

Классом бетона по прочности на осевое сжатие В (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартом в возрасте 28 суток при хранении в стандартных условиях (при температуре 20 ± 2°С и влажности не менее 60%) и принятое с обеспеченностью 0.95.

Марка М – это средняя кубиковая прочность бетона` R в кг/см²; в про­екти­ровании железобетонных конструкций с 1986 г. не применяется, но в строительной практике по-прежнему имеет хождение. Класс В – это кубиковая прочность в МПа с обеспеченностью (доверительной вероятностью) 0,95. Как и любой другой материал, бетон обладает неоднородной прочностью – от R_min до R_max. Если изменчивость прочности представить в виде кривой нормального распределения (рис. 8), где n – число испытаний, то марка М будет соответствовать ее вершине, а класс В численно соответствует 0,0764 М (при коэффициенте вариации 0,135). Например, В30 примерно соответствует М400.

Сцепление арматуры с бетоном

Совместное деформирование арматуры с бетоном, обеспечивающееся сцеплени­ем и анкеровкой, служит основной предпосылкой деформирования железобетона под нагрузкой как конструктивного материала.

По определению сцепление — это связь по поверхности контакта между арматурой и бетоном, в силу которой величина продольного усилия в арма­туре может стать переменной по ее длине.

Силы сцепления вызывают в бетоне сложное напряженно-деформированное состояние, в частности расклинивание. По отношению к арматуре силы сцепления могут быть сведены к распределенной нагрузке, направленной по ее оси, а иногда дополнительно к нагрузкам в виде распре­деленных по длине изгибающих и крутящих моментов.

Сопротивление сдвигу растет с увеличением марки цемента, уменьшением В/Ц, с увеличением возраста бетона (влияние усадки).

По длине заделки стрежня напряжения сцепления распределяются неравномерно, при этом наибольшее напряжение не зависит от длины заделки (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Распределение напряжений сопротивления сдвигу

Анкеровка — это закрепление концов арматуры внутри бетона или на его поверхности, способное воспринимать определенные величины нагрузки.

Сцепление, даже при не полностью обеспеченной анкеровке, играет существенную роль - образование первой трещины влечет за собой воз­растание удлинений на всем протяжение растянутой арматуры. От каче­ства сцепления зависит расстояние между трещинами и ширина их раскры­тия.

В различных опытах сила сцепления арматуры с бетоном определялась сопротивлением скольжению забетонированного стержня при его выдергивании или выталкивании. Как показали опыты, сила сцепления меняется в широких пределах и в основном зависит от трех факторов:

Ø склеивания арматуры с бетоном, благодаря клеящей способности цементного теста (адгезия);

Ø сил трения, возникающих на поверхности арматуры благодаря зажатию стержней в бетоне при его усадке;

Ø сопротивления бетона усилиям среза, возникающим из-за наличия неровностей и выступов на поверхности арматуры (рис.4.2).

Рис. 4.2. Зацепление выступов арматуры за бетон

Наибольшее влияние на сцепление оказывает третий фактор – он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления. Первый фактор оказывает наименьшее влияние – до 25% всей силы сцепления.

Арматура периодического профиля с сильно шероховатой поверхностью обладает более высоким и надежным сопротивлением скольжению благодаря зацеплению и заклиниванию ее выступов в бетоне. По сравнению с гладкими стержнями арматура периодического профиля обладает в 2-3 раза большей силой сцепления с бетоном.

Напряжение в бетоне под выступами арматуры при ее выдергивании может превосходить в 5-7 раз кубиковую прочность бетона, поэтому недопустимо снижение плотности бетона в зоне контакта его с арматурой. Наиболее надежное повышение сопротивления скольжению арматуры в бетоне достигается соответствующим конструированием арматуры: устройством крюков на концах гладких стержней, применением анкеров.

Сопротивление скольжению растянутой арматуры (на выдергивание) меньше, чем сопротивление скольжению сжатой арматуры (на выталкивание), что объясняется поперечными деформациями самого стержня. С увеличением диаметра стального стержня и повышением нормального напряжения в нем сила сцепления его с бетоном при растяжении уменьшается, а при сжатии – увеличивается

Сцепление характеризуется длиной зоны анкеровки l_an, т.е. такой длиной заделки арматуры в бетоне, которая обеспечивает полное использование прочности стали. Иначе говоря, если стержень заделан на вели-

чину lx ³ 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 (рис. 11).

Рис. 11

В последнем случае говорят, что стержень слабо заанкерен в бетоне.

Виды и классы арматуры

Способ изготовления и форма поверхности определяет вид арматуры. Различают арматуру:

1. Стержневую: горячекатаную, термоупрочнённую и термомеханически упрочнённую;

2. Проволочную: холоднотянутую обыкновенную и высокопрочную.

3. По начальному напряженному состоянию: напрягаемую и ненапрягаемую.

 

Горячекатаная арматура – это стальная арматура в виде отдельных стержней круглого, эллиптического, квадратного и других сечений.

Предпочтение отдают круглому сечению, потому что такая арматура наиболее технологична в изготовлении и не имеет острых углов, врезающихся в бетон и способствующих образованию трещин. Класс такой арматуры обозначают буквой А и римской цифрой в СНиПе 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» (чем больше цифра, тем выше прочность), в СП 52-01-2003 – обычными цифрами:

- А-I (А 240) – гладкая;

- А-II (А 300), А-III (А 400), А-IV (А600), А-V (А800), A-VI (А1000)– периодический профиль. Такая сталь не подвергается после проката упрочняющей термической обработке.

Ат-III (Ат 400), Ат-IV (Ат 600), Ат-V (Ат 800), Ат-VI (Ат 1000) – термически и термомеханически упрочнённая, т.е. подвергаемая после проката упрочняющей термической обработке;

А-IIIв (А 400в)– упрочнённая вытяжкой.

Холоднотянутая арматура – это стальная проволочная арматура. Обозначают буквой В от слова «волочение».

Вр-I (Вр500) – периодического профиля;

В-II – гладкая высокопрочная;

Вр-II – высокопрочная рифлёная;

К-7, К-19 – проволочные канаты соответственно семи- и девятнадцатипроволочные и др.

Арматура периодического профиля – это арматура, на поверхности которой имеются часто расположенные кольцевые выступы, обеспечивающие надёжное сцепление с бетоном без устройства анкерных крюков на концах стержней.

Рис. 3.3. Виды арматуры периодического профиля

а – стержневая класса А300;

б – стержневая класса А500

Ненапрягаемая арматура – арматура, укладываемая без предварительного натяжения (напряжения).

В качестве ненапрягаемой арматуры преимущественно применяют стальную арматуру классов: А400, А400С, А500, А500С, А-600C, Вр 500, А240, А300, допускается применение А-600.

Ненапрягаемая арматура классов А240, А300, А400, А400С, А500С, В-500, A-600С– сваривают контактной и дуговой сваркой.

Напрягаемая арматура - преимущество сталь классов Ат-800, Ат-1000 в элементах длиной до 12 м, допускается также сталь классов А-600, А-800, А-1000; при большой длине – сталь классов К-7, К-19.

Стыкование ненапрягаемой арматуры

По способу производства стыки стержней делятся на сварные, несварные (внахлёстку), по месту изготовления – заводские и монтажные.

Несварные стыки менее экономичны, поэтому их применяют только для стыкования термически упрочнённой стержневой арматуры.

В зависимости от вида арматуры и условий изготовления применяют разные виды сварных стыков:

-контактные;

-ванные в инвентарной форме;

-внахлёстку;

-тавровые и т.д.

Сварные стыки выполняются в соответствии с ГОСТ. Стыки с накладками и внахлёстку применяют, если не удаётся точно подогнать торцы стыкуемых стержней. Сварные стыки можно размещать в любом месте стержня, однако рабочие стержни не рекомендуют сваривать в зонах наибольших усилий. Стыки с накладками в местах их насыщения бетона арматурой, чтобы не мешать бетонированию.

Арматурные изделия

1. Арматурные сетки (обычно с перпендикулярным расположением рабочих стержней).

2. Каркасы – плоские и пространственные.

Сварные плоские сетки изготавливают шириной до 3800мм с продольной и поперечной рабочей арматурой. Расстояние между осями продольных и поперечных стержней обычно принимают кратным 50 мм. Плоские каркасы применяют для армирования изгибаемых элементов. Продольные рабочие и монтажные стержни размещают с одной стороны поперечных стержней, так как это исключает трудоемкое переворачивание стержней при изготовлении каркасов. Допускается размещение рабочих стержней в два и более рядов, если это оправдано экономически. Пространственные каркасы собирают из плоских каркасов или сваривают целиком, что позволяет снизить трудоёмкость работ.

Деформативность арматуры

Деформативность – это характеристика пластичности стали, определяет величину угла изгиба, ползучесть стали.

Удлинение стали при разрыве оценивают величиной равномерного относительного удлинения при разрыве (без учёта длины шейки) эталонного образца. Этой величиной характеризуется разрушение конструкции. Конструкции, армированные напрягаемой высокопрочной проволокой, могут терять прочность внезапно из-за хрупкого разрыва без явных признаков разрушения, поэтому необходим более высокий запас надёжности. Это связано с тем, что при недостаточных пластических деформациях стали и увеличения предварительных напряжений, напряжения не полностью погашаются, а суммируются с напряжениями от внешней нагрузки. Именно поэтому в преднапряжении запрещено применять хрупкие стали.

Реологические свойства

Поиск по сайту: