Принцип конструирования железобетонных конструкций
методическая разработка

Слайд 1

Слайд 2

Рис. 1. Схема разрушения балки: а – бетонной; б – железобетонной; 1 – нулевая (нейтральная линия), 2 – сжатая зона балки; 3 – растянутая зона балки; 4 – нормальные трещины; 5 – наклонные трещины; 6 – стальная арматура; 7 – разрушение бетона сжатой зоны.

Слайд 3

- при твердении бетона между ним и стальной арматурой возникает значительные силы сцепления, вследствие чего в железобетонных элементах под нагрузкой оба материала деформируются совместно; - бетон защищает заключенную в нем стальную арматуру от коррозии. - сталь и бетон обладают близкими по значению коэффициентами линейного расширения, поэтому при изменении температуры в пределах до 100 С в обоих материалах возникают несущественные начальные напряжения, скольжения арматуры в бетоне не наблюдается.

Слайд 4

Железобетон – это комплексный строительный материал, в котором бетон и арматура, соединенные взаимным сцеплением, работают под нагрузкой как единое монолитное тело. Бетон предназначается для восприятия преимущественно сжимающих усилий, а арматура – растягивающих.

Слайд 5

высокая прочность: большая долговечность; высокая степень огнестойкости; стойкость против атмосферных воздействий; малые эксплуатационные расходы на содержание; гигиеничность; экономичность ввиду повсеместной доступности сырья.

Слайд 6

низкая трещиностойкость вследствие слабого включения в работу арматуры в период образования трещин, быстрое их раскрытие и быстрый рост прогибов; нерациональность использования в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения высокопрочной арматуры; невыгодность использования бетонов повышенной и высокой прочности, поэтому железобетонные конструкции без предварительного напряжения обладают большой массой, что ограничивает величину перекрываемых пролетов; большая трудоемкость при изготовлении; большая звуко- и теплопроводность.

Слайд 7

Сборные конструкции – конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов. Монолитные конструкции – конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке. Сборно–монолитные конструкции – комплексные конструкции, в которых сборный и монолитный железобетон, укладываемый на месте строительства, работает под нагрузкой как одно целое.

Слайд 8

Для обеспечения долговечной и нормальной эксплуатации бетон для железобетонных конструкций должен иметь необходимые для этого физико-механические свойства: прочность; хорошее сцепление с арматурой; непроницаемость для защиты арматуры от коррозии; специальные требования: морозостойкость, жаростойкость, коррозионная стойкость и др.

Слайд 9

Структура бетона представляет собой пространственную решетку из цементного камня, заполненную зернами песка и щебня различной крупности и формы, пронизанную большим числом микропор и капилляров, которые содержат химически несвязанную воду, водяные пары и воздух.

Слайд 10

Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде – усадка бетона . Уменьшить начальные усадочные напряжения можно: конструктивными мерами (армирование); технологическими мерами (подбор состава, увлажнение среды, увлажнение поверхности бетона).

Слайд 11

Прочность бетона зависит от многих факторов: структура бетона; марка цемента; водоцементное отношение В/Ц; вид мелкого и крупного заполнителя; условия твердения; вид напряженного состояния; форма и размеры сечения; длительность действия нагрузки.

Слайд 12

Рис. 2. Характер разрушения бетонных кубов: а – несмазанный куб; б – смазанный куб; Δ – поперечные деформации бетона.

Слайд 13

Рис. 3. Виды арматуры по назначению: а – сетка; б – рабочая продольная арматура; в – рабочая поперечная арматура; 1 – плита; 2 – балка; 3 – колонна

Слайд 14

Арматура устанавливаемая по расчету носит название рабочей арматуры, устанавливаемая по конструктивным и технологическим соображениям носит название монтажной арматуры. Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочей арматуры в конструкциях более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры

Слайд 15

Рис. 4. Арматурные изделия

Слайд 17

Для изделий шириной до 150мм рекомендуется располагать один плоский каркас; для изделий шириной от 150 до 300мм рекомендуется располагать два каркаса. Тогда минимальное количество рабочих стержней два, а максимальное четыре; при ширине изделия более 300мм рекомендуется располагать в изделии три каркаса, тогда минимальное количество рабочих стержней три, а максимальное - шесть. Рабочая арматура в каркасе устанавливается в нижней растянутой части. Кроме рабочей арматуры в каркасе устанавливают монтажную продольную и поперечную арматуру, поперечную арматуру называют «хомутами». Такое же название носят соединительные стержни в пространственном каркасе, они и диаметр имеют такой же, как и у поперечных «хомутов».

Слайд 18

Железобетонные элементы принято рассчитывать по 1-ой и 2-ой группе предельных состояний: по несущей способности (прочность, устойчивость, усталостное разрушение); по пригодности к нормальной эксплуатации (трещиностойкость, чрезмерные прогибы и перемещения).

Слайд 19

Армирование конструкций выполняется, как правило, отдельными стальными стержнями или сетками, каркасами. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчётами. При этом соблюдается следующий принцип — арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в сжатые зоны при недостаточной прочности последней, а также по конструктивным соображениям. При расчете железобетонных изгибаемых элементов основной целью является определение требуемой площади рабочей арматуры в соответствии с заданными усилиями (прямая задача) или определение действительной несущей способности элемента по заданным геометрическим и прочностным параметрами (обратная задача).

Слайд 20

Задачи расчета железобетонных конструкций по 1-й группе предельных состояний включают: проверка прочности конструкций (нормальные, наклонные, пространственные сечения); проверка конструкции на выносливость (при действии многократно повторных нагружений); проверка устойчивости конструкций (формы и положения).

Слайд 21

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ L — пролёт балки или плиты, расстояние между двумя опорами. Обычно составляет от 3 до 25 метров H — высота сечения. С увеличением высоты прочность балки растёт пропорционально H² B — ширина сечения a — защитный слой бетона. Служит для защиты арматуры от воздействия внешней среды s — шаг поперечной арматуры.

Слайд 23

Таблица свариваемости Расстояния от конца стержней до оси стержней другого направления рекомендуется принимать не менее диаметра большого стержня и не менее 10мм. Рабочая арматура, D 1 , мм 3-10 12-14 16-18 20-25 28 32-36 40 Наименьший допускаемый диаметр поперечной арматуры, d 1 , мм 3 5 6 8 10 12 14 Наименьшие расстояния между осями стержней одного направления, мм 50 75 100 100 150 200 200 Наименьшее расстояние между осями продольных стержней каркасов при двухрядном расположении, мм 30 40 40 50 60 80 80

Слайд 24

Для продольной рабочей арматуры толщина защитного слоя бетона должна быть, как правило, не менее диаметра рабочего стержня и не менее следующих размеров: в плитах толщиной до 100мм включительно 10мм; для стеновых панелей 25мм; в однослойных конструкциях из ячеистых бетонов 25мм; в балках высотой более 250мм 20мм; в балках высотой менее 250мм 15мм; в фундаментах с подготовкой 40мм; в фундаментах без подготовки 70мм.

Слайд 25

Для поперечной, распределительной и конструктивной арматуры толщина защитного слоя бетона должна приниматься не менее диаметра этой арматуры и не менее следующих размеров: при высоте сечения элемента менее 250мм 10мм; при высоте сечения элемента более 250мм 15мм; для элементов из легкого бетона в независимости от высоты 15мм. Толщина защитного слоя у концов предварительно напряженных элементов на длине зоны передачи напряжений должна составлять не менее 3 d и не менее 40мм. При расчете геометрических параметров каркаса толщину защитного слоя учитывают с обеих сторон.

Слайд 26

Допустим, длина балки составляет 2070мм, высота 220мм, тогда длина каркаса 2070-2×15=2040мм, высота каркаса 220-2×10=200мм. Затем определяем длину приопорных участков, поскольку именно здесь расставить поперечную арматуру необходимо более часто. Длина приопорных участков составляет ¼ часть от длины балки - l . Тогда длина приопорных участков для нашей балки составляет ¼ × 2070=517,5мм, округляем полученное значение до целого - 500мм. Округление значений полученных при расчете можно производить, как в большую, так и в меньшую сторону для удобства дальнейшего расчета. Наносим полученные значения на схему каркаса:

Слайд 28

Если полная длина каркаса составляет 2040мм, тогда 40мм мы отнимаем на выпуски арматуры по 20мм с каждой стороны (такие выпуски вписываются в правила конструирования, они больше диаметра и меньше 70мм). Остается 2040-40=2000мм, длина каркаса без выпусков. Определяя значение средней части каркаса, получаем длину каркаса без выпусков с вычетом приопорных участков: 2000-2×500=1000мм. Определяем шаги на приопорных участках и в средней части. Для этого воспользуемся правилом: При расчете приопорных участков: При расчете средней части каркаса: При определении размера шага учитывают, что его размер должен быть кратен 50мм.

Слайд 29

Тогда для нашего каркаса на приопорном участке шаг поперечных стержней составит: S=220:2=110мм, принимаем 100мм; в средней части S=3/4∙220=165мм округляем значение до кратного 50мм и принимаем 200мм. Рассчитываем, какое количество шагов стержни, сделают на приопорном участке, для этого длину приопорного участка делим на размер принятого шага: 500:100=5 шагов, то же самое проделываем с расчетом в средней части: 1000:200=5шагов.

Слайд 30

Марка Поз. Наименование Кол. Масса поз., кг. Масса, кг. КР-1 1 Ø 20 А400 , l = 2 04 0 мм . 1 5,03 5,03 2 Ø 10 A 240 , l = 2 04 0 мм. 1 1,258 1,258 3 Ø 8 A 240 , l = 20 0 мм. 16 0,079 1,264

Слайд 31

Ведомость расхода стали на элемент, кг Поз. Наименование Кол. Масса поз., кг 1 Каркас плоский КР-1 2 7,552 2 Соеден. стерж.Ø8 A 240, l = 230мм. 22 0,09 Бетон тяж. кл. В20, м 3 0,114

Слайд 32

Законструировать каркас для ригеля 220×250мм, с рабочими стержнями 2Ø8мм А300. Длина ригеля 2070мм. Законструировать пространственный каркас с рабочей арматурой в сжатой Ø6мм и растянутой Ø12мм частях, высота балки 450мм.