Железобетон

(далее Ж)сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединенных и совместно работающих в конструкции. Термин "Ж нередко употребляется как собирательное название железобетонных конструкций и изделий. Идея сочетания в Ж двух крайне различающихся своими свойствами материалов основана на том, что прочность бетона при растяжении значительно (в 10-20 раз) меньше, чем при сжатии, поэтому в конструкции он предназначается для восприятия сжимающих усилий; сталь же, обладающая высоким временным сопротивлением при растяжении и вводимая в бетон в виде арматуры (см. Арматурная сталь), используется главным образом для восприятия растягивающих усилий. Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надежно защищает ее от коррозии, т. к. в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,510^-6 до 1210^-6, для стальной арматуры 12·10^-6); в пределах изменения температуры от -40 до 60°С основные физико-механические характеристики бетона и арматуры практически не изменяются, что позволяет применять Ж во всех климатических зонах.

Основа взаимодействия бетона и арматуры - наличие сцепления между ними. Значение сцепления или сопротивления сдвигу арматуры в бетоне зависит от следующих факторов: механического зацепления в бетоне специальных выступов или неровностей арматуры, сил трения от обжатия арматуры бетоном в результате его усадки (уменьшения в объеме при твердении на воздухе) и сил молекулярного взаимодействия (склеивания) арматуры с бетоном; определяющим является фактор механического зацепления. Применение арматуры периодического профиля (см. Арматура железобетонных конструкций), сварных каркасов и сеток, устройство крюков и анкеров увеличивают сцепление арматуры с бетоном и улучшают их совместную работу.

Нарушение структуры и заметное снижение прочности бетона наступает при температуре свыше 60°С; при кратковременном воздействии температуры в 200°С прочность бетона снижается на 30%, а при длительном - на 40%. температура в 500-600°С является для обычного бетона критической, при которой он разрушается в результате обезвоживания и разрыва скелета цементного камня. Поэтому обычный Ж рекомендуется применять при температуре не выше 200°С. В тепловых агрегатах, работающих при температурах до 1700°С, используется жаростойкий бетон. Для предохранения арматуры от коррозии и быстрого нагревания (например, при пожаре), а также надежного ее сцепления с бетоном в конструкциях предусматривается устройство защитного слоя бетона толщиной от 10 до 30 мм; в агрессивной среде толщина защитного слоя увеличивается.

Большое значение для Ж имеют усадка и ползучесть бетона. В результате сцепления арматура препятствует свободной усадке бетона, что приводит к возникновению начальных напряжений растяжения в бетоне и сжимающих напряжений в арматуре. Ползучесть бетона вызывает перераспределение усилий в статически неопределимых системах, увеличение прогибов в изгибаемых элементах, перераспределение напряжении между бетоном и арматурой в сжатых элементах и т. д. Эти свойства бетона учитываются при проектировании конструкций. Усадка и низкая предельная растяжимость бетона (0,15 мм на 1 м) приводят к неизбежному появлению трещин в растянутой зоне конструкций при эксплуатационных нагрузках. Практика показывает, что при нормальных условиях эксплуатации трещины шириной раскрытия до 0,3 мм не снижают несущей способности и долговечности Ж Однако низкая трещиностойкость ограничивает возможности дальнейшего совершенствования Ж и, в частности, использования для арматуры более экономичных высокопрочных сталей. Избежать образования трещин в Ж можно методом предварительного напряжения, при котором бетон в растянутых зонах конструкции подвергается искусственному обжатию (см. Предварительно напряженные конструкции) за счет предварительного (механического или электротермического) растяжения арматуры. Дальнейшим развитием предварительно напряженного Ж являются самонапряженные конструкции, в которых обжатие бетона и растяжение арматуры достигаются в результате расширения бетона (изготовленного на т. н. напрягающем цементе) при определенной температурно-влажностной обработке. Благодаря своим высоким технико-экономическим показателям (выгодное использование высокопрочных материалов, отсутствие трещин, сокращение расхода арматуры и др.) предварительно напряженный Ж успешно применяется в несущих конструкциях зданий и инженерных сооружений. Существенный недостаток Ж - большая объемная масса - в значительной мере устраняется при использовании легких бетонов (на искусственных и природных пористых заполнителях) и ячеистых бетонов.

Широкое распространение Ж в современном строительстве обусловлено его большими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с др. материалами. Сооружения из Ж огнестойки и долговечны, не требуют специальных защитных мер от разрушающих атмосферных воздействий; прочность бетона со временем увеличивается, а арматура не поддается коррозии, будучи защищенной окружающим ее бетоном. Ж обладает высокой несущей способностью, хорошо воспринимает статические и динамические (в т. ч. сейсмические) нагрузки. Из Ж относительно легко создавать сооружения и конструкции самых разнообразных форм, достигающих большой архитектурной выразительности. Основной объем Ж составляют повсеместно распространенные материалы - щебень, гравий, песок. Применение сборного Ж позволяет значительно повысить уровень индустриализации строительства; конструкции изготовляются заранее на хорошо оснащенных заводах, а на строительных площадках выполняется только монтаж готовых элементов механизированными средствами. Тем самым обеспечиваются высокие темпы возведения зданий и сооружений, а также экономия денежных и трудовых затрат.

Принято считать, что начало применения Ж связано с именем парижского садовника Ж Монье, получившего ряд патентов на изобретения по Ж во и в др. странах; первый его патент на цветочную кадку из проволочной сетки, покрытой цементным раствором, относится к 1867. Фактически конструкции из бетона со стальной арматурой возводились и раньше. Заметную роль в строительной технике России, Западной Европы и Америки Ж начал играть лишь в конце 19 в. Большая заслуга в развитии Ж в России принадлежит профессору Н. А. Белелюбскому, под руководством которого был возведен ряд сооружений и проведены испытания различных конструкций. В начале 20 в. вопросы технологии бетона, бетонных и работ, проектирования сооружений с применением Ж разрабатывали видные русские ученые - профессора И. Г. Малюга, Н. А. Житкевич, С. И. Дружинин, Н. К. Лахтин. Появились оригинальные конструкции, предложенные инженерами Н. М. Абрамовым, А. Ф. Лолейтом и др. Первым крупным сооружением, выполненным из бетона и Ж в Советском Союзе, была Волховская ГЭС, явившаяся большой практической школой для советских специалистов по Ж В последующие годы Ж применялся во все возрастающих размерах. Расширению производства Ж способствовали серьезные достижения в развитии теории расчета конструкций из этого нового строительного материала. В СССР с 1938 получил практическое применение прогрессивный метод расчета Ж на прочность по стадии разрушения, разработанный советскими учеными А. А. Гвоздевым, Я. В. Столяровым, В. И. Мурашевым и др. на основе предложений А. Ф. Лолейта. Всестороннее развитие этот метод получил в расчете конструкций по предельным состояниям. Достижения советской школы теории Ж получили всеобщее признание и используются в большинстве зарубежных стран. Дальнейшее совершенствование Ж и расширение областей его применения связаны с проведением широкого круга научно-исследовательских работ. Предусматривается значительное повышение технического уровня Ж за счет уменьшения его объемной массы, использования высокопрочных бетонов и арматуры, развития методов расчета Ж при сложных внешних воздействиях, повышения долговечности Ж при воздействии коррозионной среды и др.

Лит.: Столяров Я. В., Введение в теорию М. - Л., 1941; Гвоздев А. А., Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия, в. 1, М., 1949; Мурашов В. И., Трещиноустойчивость, жесткость и прочность М., 1950; Берг О. Я., Физические основы теории прочности бетона и М., 1961; Развитие бетона и в СССР, под ред. К. В. Михайлова, М., 1969; Cent ans de béton armé. 1849-1949, ., 1949.

К. В. Михайлов.

		Новости 06.11.2024 03:33:29

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.