Сцепление арматуры с бетоном


4. Сцепление арматуры с бетоном

Под сцеплением понимают непрерывную связь между бетоном и арматурой по поверхности контакта этих материалов. В нагружен­ных железобетонных конструкциях благодаря сцеплению скольже­ния арматуры в бетоне не происходит.

Сцепление арматуры с бетоном является одним из наиболее важ­ных фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его существование как строительного материала.

Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротив­лением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, за­деланных в бетоне (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 – Схемы испытаний на нарушение сцепления арматуры с бетоном: а — на выдёргивание; б — на вдавливание

При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления, кото­рые, как показали исследования, распределяются по длине стержня неравномерно. Наибольшие их значения τ max действуют на некото­ром расстоянии от торца и не зависят от длины заделки стержня в бетоне (рис. 4.1).

Рисунок 4.2 – Сцепление арматуры с бетоном: а — арматурный стер­жень в бетоне; б — эпюра касательных напряжений сцепления; в - эпюра нормальных напряжений; г — при арматуре периодического профиля

Надёжное сцепление по опытным данным зависит от трёх сле­дующих факторов:

  1. сопротивления бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т. е. механическим зацеплением арматуры за бетон (рис.4.2г); даже сравнительно гладкая арматура имеет неровности, заполняемые бе­тоном;

  2. от сил трения арматуры о бетон, которые вследствие усадки бето­на развиваются на поверхности арматуры при попытке выдернуть стержень;

  3. от склеивания поверхности арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности геля.

Выявление точного влияния каждого из перечисленных факто­ров в процентном отношении затруднительно, да и не имеет большо­го практического значения, так как они проявляются одновременно. Однако наибольшее влияние на прочность сцепления стержней пе­риодического профиля оказывает первый фактор — он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления.

Сцепление арматуры с бетоном улучшается с повышением клас­са бетона по прочности на сжатие, с увеличением содержания це­мента в единице объёма бетона, с уменьшением W/C. Оно зависит также от способа укладки и условий твердения бетона (например, вибрирование и влажный режим твердения улучшают сцепление). С увеличением возраста бетона τ растет, что объясняется повышением прочности цементного камня и его усадкой.

Сцепление несколько повышает растяжимость бетона, обеспечи­вает равномерное распределение трещин по длине элемента в случае их появления и ограничивает ширину раскрытия каждой трещины в отдельности, что повышает жесткость железобетонного элемента.

5. Анкеровка арматуры в бетоне

В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне — анкеровка — осуществляется запуском арматуры за рас­сматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном).

Арматура из гладких стержней класса A240 должна иметь по кон­цам анкера в виде полукруглых крюков диаметром 2, 5d (рис. 4.5а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крю­ков на концах. Также не имеют крюков на концах арматурные стержни периодического профиля, обладающие значительно луч­шим сцеплением с бетоном.

Анкеровку арматуры осуществляют одним из следующих способов или их сочетанием:

- в виде прямого окончания стержня (прямая анкеровка);

- с загибом на конце стержня в виде крюка, отгиба (лапки) или петли;

- с приваркой или установкой поперечных стержней;

- с применением специальных анкерных устройств на конце стержня.

Прямую анкеровку и анкеровку с лапками допускается применять только для арматуры периодического профиля. Для растянутых гладких стержней следует предусматривать крюки, петли, приваренные поперечные стержни или специальные анкерные устройства.

Лапки, крюки и петли не рекомендуется применять для анкеровки сжатой арматуры, за исключением гладкой арматуры, которая может подвергаться растяжению при некоторых возможных сочетаниях нагрузки.

При расчете длины анкеровки арматуры следует учитывать способ анкеровки, класс арматуры и ее профиль, диаметр арматуры, прочность бетона и его напряженное состояние в зоне анкеровки, конструктивное решение элемента в зоне анкеровки (наличие поперечной арматуры, положение стержней в сечении элемента и др.).

Базовую (основную) длину анкеровки, необходимую для передачи усилия в арматуре с полным расчетным значением сопротивления Rs на бетон, определяют по формуле:

,

где As и us - соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения, определяемые по номинальному диаметру стержня;

Rbond - расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и определяемое по формуле:

,

здесь Rbt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

1 - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый равным:

1,5 - для гладкой арматуры;

2,5 - для арматуры периодического профиля;

2 - коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным:

1,0 - при диаметре арматуры ds  32 мм;

0,9 - при диаметре арматуры 36 и 40 мм.

Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяют по формуле:

,

где lo,an - базовая длина анкеровки;

As,cal, As,ef - площади поперечного сечения арматуры соответственно, требуемая по расчету и фактически установленная;

 - коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки .

При анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами (прямая анкеровка) или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств для растянутых стержней принимают  = 1,0 , а для сжатых -  = 0,75.

Допускается уменьшать длину анкеровки в зависимости от количества и диаметра поперечной арматуры, вида анкерующих устройств и величины поперечного обжатия бетона в зоне анкеровки (например, от опорной реакции), но не более чем на 30%.

В любом случае фактическую длину анкеровки принимают не менее 0,3lo,аn, а также не менее 15ds и 200 мм.

Усилие, воспринимаемое анкеруемым стержнем арматуры Ns определяют по формуле:

где Rbond , us, As, α – см. выше;

ls - расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого поперечного сечения элемента.

На крайних свободных опорах элементов длина запуска растянутых стержней за внутреннюю грань свободной опоры при выполнении условия Q  Qb1 должна составлять не менее 5ds.

При устройстве на концах стержней специальных анкеров в виде пластин, шайб, гаек, уголков, высаженных головок и т.п. площадь контакта анкера с бетоном должна удовлетворять условию прочности бетона на смятие. Кроме того, при проектировании привариваемых анкерных деталей следует учитывать характеристики металла по свариваемости, а также способы и условия сварки.

Рис.4.3. Анкеровка арматуры: а – круглых гладких стержней; б – стержней периодического профиля

studfiles.net

§ 1.3. Железобетон

1. Особенности заводского производства

При проектировании железобетонных элементов пре­дусматривают возможность высокопроизводительного из­готовления их на специальных заводах и удобного мон­тажа на строительных площадках путем выбора опти­мальных габаритов, экономичных форм сечения, рациональных способов армирования. Производство сборных железобетонных элементов ведется по нес­кольким технологическим схемам.

Конвейерная технология.Элементы изготовляют в формах, установленных на вагонетках и перемещаемых по рельсам конвейера от одного агрегата к другому. По мере передвижения вагонетки последовательно выполня­ют необходимые технологические операции: установку арматурных каркасов, натяжение арматуры предвари­тельно напряженных элементов, установку вкладышей-пустотообразователей для элементов с пустотами, уклад­ку бетонной смеси и ее уплотнение, извлечение вклады­шей, термовлажностную обработку изделия для ускоре­ния твердения бетона.

Поточно-агрегатная технология.Технологические опе­рации производят в соответствующих отделениях заво­да, а форма с изделием перемещается от одного агрега­та к другому кранами. Технологический ритм перемеще­ния форм заранее не установлен и не является принуди­тельным.

Стендовая технология.Ее особенность состоите том, что изделия в процессе изготовления и тепловой обработ­ки остаются неподвижными, а агрегаты, выполняющие необходимые технологические операции, перемещаются вдоль неподвижных форм. Стенды оборудованы передвижными кранами, подвижными бетоноукладчиками, а также вибраторами для уплотнения бетонной смеси, элементы изготовляют в гладких или профилированных формах (матрицах или кассетах).

При изготовлении плит перекрытий и панелей стен гражданских зданий широко применяется кассетныйспособ. Элементы изготовляют на неподвижном стенде в ракете вертикальных металлических кассет, вмещающем одновременно несколько панелей. Сборка и разборка кассет механизированы. Арматурные каркасы размером нaпанель устанавливают в отсеках кассеты. Бетониру­ют подвижной бетонной смесью, подаваемой пневмати­ческим транспортом по трубам. Благодаря формова­нию изделий в вертикальном положении поверхность плит и панелей получается ровной и гладкой.

3. Сцепление арматуры с бетоном

В железобетонных конструкциях благодаря сцепле­нию материалов скольжения арматуры в бетоне под на­грузкой не происходит. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивается сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в бетоне (рис. 1.28, а). Согласно опытным данным, прочность сцепления зависит от:

1) зацепления в бето­не выступов на поверхности арматуры периодического профиля (рис. 1,28, б);

2) сил трения, развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки;

3) склеивания арматуры с бетоном, возникаю­щего благодаря клеящей способности цементного геля.

Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор - он обеспечивает около 3/4 общего соп­ротивления скольжению арматуры в бетоне. Если арма­тура гладкая и круглая, сопротивление скольжению уменьшается в 2-3 раза. Исследования показали, что распределение напряжений сцепления арматуры с бето­ном по длине заделки стержня неравномерно, и наиболь­шее напряжение сцепления τc,max не зависит от длины анкеровки стержняlan. Среднее напряжение сцепления определяется как частное от деления усилия в стержне N на поверхность заделки

τc=N/(lan u) (1.19)

где u— периметр сечения стержня; для гладкой арматуры при сред­них классах бетона оно примерно равно 2,5-4 МПа.

Прочность сцепления возрастает с повышением клас­са бетона, уменьшением водоцементного отношения, а также с увеличением возраста бетона. При недостаточ­ной заделке к концам стержней приваривают коротыши или шайбы (по концам стержней из гладкой стали класса A-Iустраивают крюки).

Рис. 1.28. Сцепление арматуры с бетоном

При вдавливании арматурно­го стержня в бетон прочность сцепления больше, чем при его выдергивании, вследствие сопротивления окру­жающего слоя бетона поперечному расширению сжима­емого стержня. С увеличением диаметра стержня и на­пряжения в нем σsпрочность сцепления при сжатии воз­растает, а при растяжении уменьшается (рис. 1.28, в). Отсюда следует, что для лучшего сцепления арматуры с бетоном при конструировании железобетонных элемен­тов диаметр растянутых стержней следует ограничи­вать.

studfiles.net

ЖБК.РФ - ЖБК.РФ

15. Сцепление арматуры и бетона в железобетонных конструкциях

Совместная работа арматуры и бетона в железобетоне обеспечивается их сцеплением и различными конструкциями закрепления арматуры в бетоне. Напряженное состояние железобетонных конструкций обусловлено действием внешней нагрузки и процессом перераспределения внутренних усилий. При этом арматура служит внутренней связью, препятствующей свободному развитию усадки и ползучести. Механические свойства железобетона зависят от свойств компонентов, но не совпадают с ними. Например, появление трещин в растянутой зоне бетонной конструкции приводит к разрушению, а в железобетонных конструкциях это не опасно. Сжатый стальной элемент при достижении Rs,y теряет несущую способность, в железобетонных конструкциях вследствие ползучести бетона при σs≈Rs разрушение не происходит.

Наиболее важная особенность железобетона – появление трещин в растянутой зоне при нагрузках меньших эксплуатационных. То есть нормальная работа изгибаемых железобетонных элементов, как правило, сопровождается образованием трещин. Для повышения сопротивляемости конструкций образованию трещин и создания условий для применения высокопрочной стали искусственно создают начальные сжимающие усилия в растянутом бетоне.

Сцепление арматуры с бетоном – это непрерывная связь по поверхности контакта между бетоном и арматурой, обеспечивающая их совместную работу. Сцепление арматуры с бетоном определяется характеристиками арматурной стали (состояние ее поверхности, профиль, диаметр, механические свойства) и бетона (прочность, деформируемость, возраст, состав и свойства цемента, заполнителей, технологией приготовления бетонной смеси, способами укладки и уплотнения, условиями твердения, напряженным состоянием).

Факторы, определяющие сопротивление сдвигу арматуры в бетоне:

- сопротивление бетона смятию и срезу, вызванное механическим защемлением неровностей и выступов на поверхности арматуры – механическое сцепление (80 - 90%)

- склеивание арматуры с бетоном вследствие клеящей способности цементного геля – физическое и химическое сцепление (10 - 20%).

        Силы трения (согласно последним исследованиям) отсутствуют или пренебрежимо малы, а усадка бетона вообще отрицательно сказывается на сопротивлении арматуры сдвигу.

Склеивание цементного камня  с арматурой в период схватывания и твердения бетона определяется химическими и физическими процессами, которые приводят к возникновению на поверхности контакта капиллярных и молекулярных сил притяжения. Однако силы адгезии нарушаются при сравнительно небольших напряжениях.

У стержней с абсолютно гладкой поверхностью (полированной) сцепление в 5 раз ниже, чем у горячекатаных гладких стержней. Особенно эффективно придание поверхности стержней периодического профиля. Сопротивление выдергиванию такой арматуры выше в 2-3 раза по сравнению с гладкой благодаря заклиниванию профиля в бетоне. 

Существенное влияние на сцепление оказывает напряженно деформированное состояние образца: анкеровка концов арматуры в бетоне при различных силовых воздействиях, анкеровка арматуры в опорных участках, а также в узлах ферм, распределение сцепления арматуры с бетоном между трещинами в растянутых, изгибаемых и внецентренно сжатых конструкциях.

Распределение  касательных (сдвиговых) напряжений по длине стержня в различных случаях напряженно деформированного состояния показаны на рис. 15.1.

         Особенностью предварительного напряжения конструкций без специальных анкерных приспособлений состоит в передаче напряжений с арматуры на бетон при отпуске напряженной арматуры. При этом обжатие обеспечивается сцеплением арматуры с бетоном в зоне анкеровки.

Испытания для определения сцепления проводят различными способами. Наиболее часто испытывают на выдергивание и вдавливание. При сложном напряженно деформированном состоянии анкеровку определяют испытанием моделей узлов (например, опорных участков ферм).

Напряжения сцепления по длине заделки стержня распределяется неравномерно (рис. 15.2). Пусть u - периметр стержня, то есть ;

xn--90ajn.xn--p1ai

Сцепление арматуры с бетоном

Под сцеплением понимают непрерывную связь между бетоном и арматурой по поверхности контакта этих материалов. В нагружен­ных железобетонных конструкциях благодаря сцеплению скольже­ния арматуры в бетоне не происходит.

Сцепление арматуры с бетоном является одним из наиболее важ­ных фундаментальных свойств железобетона, которое обеспечивает его существование как строительного материала.

Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротив­лением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, за­деланных в бетоне (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 – Схемы испытаний на нарушение сцепления арматуры с бетоном: а ‒ на выдёргивание; б ‒ на вдавливание

При выдергивании стержня из бетона усилия с арматуры на бетон передаются через касательные напряжения сцепления, кото­рые, как показали исследования, распределяются по длине стержня неравномерно. Наибольшие их значения τ max действуют на некото­ром расстоянии от торца и не зависят от длины заделки стержня в бетоне (рис. 4.1).

Рис. 4.2 – Сцепление арматуры с бетоном: а ‒ арматурный стер­жень в бетоне; б ‒ эпюра касательных напряжений сцепления; в ‒ эпюра нормальных напряжений; г ‒ при арматуре периодического профиля

Надёжное сцепление по опытным данным зависит от трёх сле­дующих факторов:

1) сопротивления бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т. е. механическим зацеплением арматуры за бетон (рис.4.2г); даже сравнительно гладкая арматура имеет неровности, заполняемые бе­тоном;

2) от сил трения арматуры о бетон, которые вследствие усадки бето­на развиваются на поверхности арматуры при попытке выдернуть стержень;

3) от склеивания поверхности арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности геля.

Выявление точного влияния каждого из перечисленных факто­ров в процентном отношении затруднительно, да и не имеет большо­го практического значения, так как они проявляются одновременно. Однако наибольшее влияние на прочность сцепления стержней пе­риодического профиля оказывает первый фактор — он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления.

Сцепление арматуры с бетоном улучшается с повышением клас­са бетона по прочности на сжатие, с увеличением содержания це­мента в единице объёма бетона, с уменьшением W/C. Оно зависит также от способа укладки и условий твердения бетона (например, вибрирование и влажный режим твердения улучшают сцепление). С увеличением возраста бетона τрастет, что объясняется повышением прочности цементного камня и его усадкой.

Сцепление несколько повышает растяжимость бетона, обеспечи­вает равномерное распределение трещин по длине элемента в случае их появления и ограничивает ширину раскрытия каждой трещины в отдельности, что повышает жесткость железобетонного элемента.

Дата добавления: 2017-02-13; просмотров: 416; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Похожие статьи:

poznayka.org


Смотрите также