Жб конструкции: Страница не найдена — Бетон

Железобетонные конструкции: характеристики, виды и применение

Железобетонные конструкции – то, без
чего сегодня не обходится строительство ни одного объекта. Высотные дома,
офисы, промышленные и жилые здания – все это может быть построено из ЖБИ
(железобетонных изделий). По статистике ежедневно в мире выпускается около 2
млрд кубических метров таких конструкций. Их широкое распространение
объясняется множеством преимуществ ЖБИ в сравнении с другими стройматериалами.

Предпосылки
к появлению железобетона

Сначала стоит рассмотреть понятие
«бетон». Это смесь из воды, крупных и мелких заполнителей, а также вяжущего, в
качестве которого чаще используется цемент. Непосредственно сам бетон
получается в результате формования, уплотнения и затвердевания такой смеси.

Как известно, бетон имеет хорошую
прочность на сжатие, но вот его сопротивление растяжению в 10-15 раз меньше. В
связи с этим применение бетона ограничивалось небольшой сферой. Из него
возводили тонкие перегородки и балки не более 4 м длиной.

Несущие же конструкции изготавливали из
железных полос и стержней. Они отлично справлялись с растягивающим напряжением,
но при этом подвергались коррозии, а еще проявляли текучесть при температуре
500°. Несущие конструкции из такого материала при пожарах разрушались самыми
первыми.

Как появился
железобетон. Его основные преимущества

Все это стало причиной начала поисков
нового материала, который сочетал бы плюсы железа и бетона. Им и стал
железобетон, хотя строителям не сразу пришла в голову идея соединить два этих материала.
Но уже в 1865 году был построен первый дом, в котором даже лестницы были
железобетонными.

Таким образом, железобетон – это
материал, состоящий из бетона и арматуры, которая в нем расположена. Бетон
воспринимает сжимающие нагрузки, а железная арматура – растягивающие. За счет
такого сочетания удалось получить материал, у которого множество преимуществ:

• Долговечность. Арматура
  надежно защищена слоем бетона, поэтому полностью скрыта от воздействия
  влаги, что исключает появление коррозии.
• Прочность. С течением
  времени ЖБИ только набирают свою прочность.
• Морозоустойчивость. Железобетонные конструкции без
  последствий выдерживают множество циклов замораживания-размораживания. Их
  количество зависит также от марки используемого бетона.
• Сейсмостойкость. Она
  обеспечивается монолитностью железобетона.
• Высокие декоративные
  качества. За счет использования форм разных размеров можно изготовить
  самые разные железобетонные конструкции.
• Пожароустойчивость. Бетон
  за счет невысокой теплопроводности сам по себе выдерживает действие огня,
  но за счет добавления в конструкции специальных добавок удается еще больше
  повысить их огнестойкость. Это могут быть шамот, базальт или доменные
  шлаки. Железобетон способен длительное время выдерживать температуру до
  1000°, не покрываясь трещинами и не разрушаясь.

Какие материалы
используют для армирования железобетона

Для усиления бетона могут использоваться
разные виды армирования. Традиционный вариант – арматурный каркас из стальных
стержней, которые связаны между собой хомутами и вязальной проволокой. Стержни,
располагаемые вдоль конструкции, называют рабочими, а расположенные поперек –
распределительные. Для армирования могут использоваться и другие материалы:

• фиброволокно;
• сетка из стекловолокна;
• сетка из полимеров;
• сетка из катанки;
• сварная сетка с ячейками.

Разновидности
железобетонных конструкций

Один из важных критериев для
классификации железобетонных конструкций – способ изготовления. С учетом этого
выделяют:

• Монолитные железобетонные
  конструкции. Они изготавливаются непосредственно на строительной площадке.
  Для этого сначала сооружают опалубку, затем производят армирование, после
  чего осуществляют заливку бетоном. Основным преимуществом монолитных
  конструкций считают их пространственную целостность. Кроме того,
  изготовление непосредственно на строительной площадке обеспечивает более
  низкую материалоемкость и более гибкую смету.
• Сборные железобетонные
  конструкции (СЖК). Это уже готовые отдельные изделия (плиты, фундаменты,
  балки, колонны и пр.), которые были изготовлены в заводских условиях и
  доставлены на строительную площадку.

Применение сборных ЖБИ тоже имеет свои
плюсы:

• Железобетонные изделия производят
  на предприятии, где для этого есть специализированное оборудование и
  условия автоматизации труда.
• Работы по возведению
  объекта можно производить в любое время вне зависимости от погодных
  условий.
• Возможность заблаговременно
  рассчитать и заказать необходимое количество изделий.
• Быстрый монтаж, для
  которого необходим только кран.
• Возможность хранения СЖК на
  открытых площадках.
• Упрощенный контроль
  качества работ.

Существуют также сборно-монолитные
железобетонные конструкции, которые состоят из целого комплекса элементов и
сочетают плюсы сборных и монолитных. Их применение позволяет строить здания не
только качественно, но и быстро. Там, где удобнее смонтировать отдельные
конструкции, используют сборные элементы, а в труднодоступных местах сооружают
опалубку и заливают бетон.

Видео о строительстве
дома из сборных и монолитных железобетонных конструкций

Посмотрев ролик, вы получите общее
представление о возможностях железобетона в строительстве домов.

Информацию для вас подготовили эксперты ООО «Самарский Завод Железобетонных Изделий». Ссылка – сзжи.рф.

Поделитесь ссылкой в социальных сетях

Комментарии

Читайте также

Виды железобетонных конструкций в компании БетонЮГ

Железобетонные конструкции (ЖБИ) используют при сооружении многих строительных объектов. Их отличают прочность, надежность, долговечность и устойчивость к воспламенениям. О видах железобетонных конструкций и их предназначении знают опытные строители.

Особенности обустройства железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции в соответствии с особенностями обустройства делят по таким типам:

1. Сборные. Позволяют сделать строительство максимально механизированным. Благодаря уникальной технологии сборки можно использовать современный формат приготовления раствора, укладки и обработки.
2. Монолитные. Незаменимы для строительства сооружений, которые нет необходимости делить и унифицировать. В список основных монолитных построек из железобетона входят гидротехнические сооружения, фундаменты для многоэтажных зданий, постройки, сделанные в скользящей опалубке.
3. Сборно-монолитные. Состоят из монолитного бетона и сборных компонентов. Последние всегда размещают на дне. Закладные детали помогают объединить изделия не только с помощью бетонной составляющей, но и применив для металла сварку.

Если рассматривать железобетонные конструкции относительно сферы применения, они могут быть следующими:

• для сооружений общественного пользователя и объектов жилого фонда;
• обустраиваемые для промышленных предприятий и производственных помещений;
• для построек общего назначения.

Популярные виды ЖБИ

Первая разновидность ЖБИ, которую активно используют – панели. Они подходят для сооружения зданий и построек, относящихся к жилищному и промышленному фонду. Панель можно отличить по прямоугольной форме, где присутствуют оконные и дверные проемы.

Транспортировку панелей осуществляют в вертикальном положении. При размещении панелей необходимо следовать углу наклона 10 градусов. Во время транспортировки на строительную площадку важно не допустить соприкосновения изделий друг с другом, расположенных по соседству.

Следующий вид ЖБИ – фермы. Они пользуются спросом в качестве промежуточных внутренних стен в производственных постройках и сооружениях культурного типа. Прямоугольная конструкция оснащена решетками. Транспортируют изделия, расположив их вертикально. Чтобы ферма прослужила долго, важно подготовить участок опоры, следуя технологии.

Оставшиеся виды железобетонных конструкций:

1. Балки, ригели. Из них получаются: основание, фундамент и покрытия, которые являются несущими элементами при установке крановых изделий. Чтобы установить балки и ригели, монтируют подкладки.
2. Свайные конструкции. Подходят для обустройства фундамента зданий промышленного и жилого формата. Позволяют сооружать строения любого уровня сложности даже на неустойчивых грунтах, с близким пролеганием у земли подземных вод.
3. Объемные блоки с утеплителем и шумоизоляцией. Используют для строительства многоэтажек.

Завод ЖБИ в Нижнем Новгороде

ООО «Сложные железобетонные конструкции» входит в ГК «ЗЖБК-Стройсервис». Наша компания имеет огромный потенциал. Мы уверенно занимаем позицию лидера на рынке производства железобетонных конструкций Нижегородской области.

Завод изготавливает ж/б и бетонные изделия и конструкции для гражданского и промышленного строительства, а также товарный и гидротехнический бетон. Мы работаем для крупных и индивидуальных застройщиков.

• Арматурный цех: станки для автоматического и полуавтоматического изготовления каркасов и отдельных заготовок к ним.
• Формовочный цех: отдельные стендовые линии, с помощью которых изготавливаются изделия различных конфигураций и габаритов.
• БСУ оснащено двумя автоматическими линиями по изготовлению бетонной смеси.

Наше производство ЖБИ в Нижнем Новгороде выпускает продукцию в соответствии с ГОСТ.

Стоит отметить огромный опыт нашего предприятия в изготовлении железобетонных свай различного сечения: 150х150, 200×200, 250×250, 300×300, 350×350, 400×400, длиной до 16 метров включительно. Мы изготавливаем сваи по сериям:

• Серия 1.011.1-10 «Сваи цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой».
• Серия 1.011.1-10 «Сваи составные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой».
• Серия 3.500.1-193 «Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квадратного сечения для опор мостов».
• Серия 3.407.9-146 «Унифицированные конструкции свайных фундаментов для стальных опоров ВЛ 35 — 500 КВ».

Производительность свай может доходить до 200 штук в сутки. При этом контроль качества изготовления осуществляется производственно-техническим персоналом завода, заводской лабораторией и мостовой инспекцией.

Также стоит выделить производство дорожных плит ПДН, ПАГ. Мы используем передовые технологии по предварительному натяжению как арматурных стержней, так и каната. При этом производительность может доходить до 70 шт/сутки.

Особо хотелось бы отметить опыт в производстве и полной комплектации объектов по возведению мостовых переходов. Произведенные на нашем предприятии балки мостового пролетного строения поставляются в различные регионы центральной части России, Урала и Казахстана.

Мы выпускаем ЖБИ изделия для строительства зданий и сооружений: фундаментные блоки и балки, опорные подушки, перемычки для окон и дверей, сваи, стойки ЛЭП, лестничные ступени и площадки, кольца и крышки колодцев.

Наш инженерно-конструкторский отдел поможет разработать чертежи для изготовления ЖБИ с учетом пожеланий заказчика. Сложные железобетонные изделия в Нижнем Новгороде мы изготавливаем из высокопрочного бетона. Вы можете заказать малые архитектурные формы из натурального камня. Мы выпускаем эксклюзивные монолитные конструкции, которым не страшны перепады температур.

Завод железобетонных изделий в Нижнем Новгороде подходит комплексно к решению задач в отношении каждого заказчика и готов удовлетворить любой существующий спрос. Гибкая ценовая политика позволяет найти подход к каждому клиенту.

Мы имеем собственный парк техники, который может перевозить крупногабаритные и малогабаритные грузы по всей России.

Сотрудничая с нами, вы получаете надежного партнера, который комплексно подходит к решению задач по изготовлению качественных изделий точно в срок и в нужном объеме.

:: Теория :: Железобетонные конструкции

Железобетон — не два разнородных материала: бетон и сталь, а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Это объясняется следующим. Бетон при твердении на воздухе уменьшается в объеме, плотно охватывая арматуру. Прочность сцепления арматуры с бетоном достигает больших значений. Так, чтобы выдернуть из бетона стержень диаметром 30 мм, введенный в бетон на глубину 300 мм, требуется сила не менее 10 кН. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температуры, так как коэффициенты теплового расширения стали и бетона почти одинаковы. Хорошее сцепление стали с бетоном приводит к тому, что под нагрузкой эти два материала работают как одно целое.

Смысл армирования можно пояснить на элементах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергается сжатию, а другая — растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низкой его прочности на растяжение (1-4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескивается и балка разрушается. Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность стали при растяжении более 200 МПа), и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках. В ряде случаев армируют элементы, работающие и на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатие сталь в 5-10 раз прочнее бетона.

Причиной, почему арматура принимает на себя большую часть нагрузки, является различие в модулях упругости стали 2 • 10⁵ МПа и бетона (2-3) • 10 МПа. Из–за того, что модуль упругости стали в 10 раз выше модуля упругости бетона, при нагружении железобетонного элемента сталь и бетон получают одинаковые деформации, но напряжения в них в соответствии с законом Гука будут разные. В стали они будут в 10 раз выше, чем в бетоне. Иными словами, можно сказать, что 1 см сечения стали заменяет 10 см² бетона.

Бетон благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня в бетоне — с другой, защищает сталь от коррозии. Кроме того, бетон как сравнительно плохой проводник теплоты защищает сталь от быстрого нагрева при пожарах. Стальные конструкции при пожаре быстро нагреваются, сталь размягчается и вся конструкция начинает деформироваться даже под собственным весом. В железобетонных конструкциях стальная арматура защищена от огня слоем бетона. Так, опыты показали, что при температуре поверхности бетона 1000°С арматура, находящаяся на глубине 50 мм, через 2 ч нагреется лишь до 500°С.

Железобетонные изделия — Комбинат Братскжелезобетон

Железобетон – искусственный строительный материал, сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединённых и совместно работающих в конструкции. Термин «железобетон» часто употребляют как собирательное название железобетонных изделий и конструкций. Широкое распространение железобетон в современном строительстве обусловлено его большими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с другими материалами. Сооружения из железобетона огнестойки и долговечны, не требуют специальных защитных мер от разрушающих атмосферных воздействий.

Железобетон обладает высокой несущей способностью, хорошо воспринимает статические и динамические (в т. ч. сейсмические) нагрузки. Бетон воспринимает в основном сжимающие усилия, а арматура – растягивающие, бетон также придает жесткость конструкции и защищает арматуру от коррозии.

Сущность сборных железобетонной конструкций, против монолитных, состоит в том, что конструкции изготавливаются на заводах ЖБИ, а затем доставляются на стройплощадку и монтируются в проектное положение. Основное преимущество технологии сборного железобетона в том, что ключевые технологические процессы происходят на заводе. Это позволяет достичь высоких показателей по срокам изготовления и качеству конструкций. Кроме того, изготовление предварительно напряженных ЖБК возможно, как правило, только в заводских условиях.

Классификация производимых ООО Комбинат «Братскжелезобетон» железобетонных изделий условно можно разделить на следующие группы.

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ МНОГОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ И СООРУЖЕНИЙ

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И ЗДАНИЙ АДМИНИСТРАТИВНО-БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ (серия 1.020-1/83)

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ РАЗНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Железобетонные конструкции — это… Что такое Железобетонные конструкции?

Железобетонные конструкции

Монолитные или сборные конструкции, выполненные из совместно работающих стального арматурного каркаса и бетона.

Строительный словарь.

• Железобетон
• Жесткость

Смотреть что такое «Железобетонные конструкции» в других словарях:

• Железобетонные конструкции — конструкции, выполненные из бетона и рабочей арматуры (армированные бетонные конструкции). Усилия от собственного веса и внешних воздействий в железобетонных конструкциях должны восприниматься бетоном (как правило сжатие) и рабочей арматурой (как …   Официальная терминология

• ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ — один из основных видов современных строительных конструкций. Делятся на монолитные (возводимые на строительной площадке), сборные (заводского изготовления) и сборно монолитные. Выполняются из обычного и предварительно напряженного железобетона …   Большой Энциклопедический словарь

• Железобетонные конструкции — Арматура для железобетонных конструкций Железобетон композитный строительный материал, представляющий собой залитую бетоном стальную арматуру. Запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений. Термин… …   Википедия

• железобетонные конструкции — элементы зданий и сооружений, выполненные из железобетона. Являются основным видом конструкций при строительстве жилых и промышленных зданий, водопроводных и канализационных сооружений, мостов, эстакад, плотин и т. д. Широкое распространение… …   Энциклопедия техники

• железобетонные конструкции — один из основных видов современных строительных конструкций. Делятся на монолитные (возводимые на строительной площадке), сборные (заводского изготовления) и сборно монолитные. Выполняются из обычного и предварительно напряжённого железобетона. * …   Энциклопедический словарь

• Железобетонные конструкции — Монолитные или сборные конструкции, выполненные из совместно работающих стального арматурного каркаса и бетона …   Словарь строителя

• Железобетонные конструкции и изделия —         элементы зданий и сооружений, изготовляемые из Железобетона, и сочетания этих элементов. Высокие технико экономические показатели Ж. к. и и., возможность сравнительно легко придавать им требуемую форму и размеры при соблюдении заданной… …   Большая советская энциклопедия

• Железобетонные конструкции и изделия — Конструкции и изделия железобетонные – элементы зданий и сооружений, изготовляемые из Железобетона, и сочетания этих элементов. Высокие технико экономические показатели Ж. к. и и., возможность сравнительно легко придавать им требуемую форму …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ИЗДЕЛИЯ — элементы зданий и сооружений, изготовляемые из ж. б., и сочетания этих элементов. Ж. к. н п. классифицируются по неск. признакам: способу выполнения (монолитные, осуществляемые на месте стр ва, сборные, составляемые из отд. элементов, гл. обр.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• СП 63.13330.2012: Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения — Терминология СП 63.13330.2012: Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения: 3.1 анкеровка арматуры: Обеспечение восприятия арматурой действующих на нее усилий путем заведения ее на определенную длину за расчетное сечение или… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

состав железобетона, как устроены железобетонные изделия, что такое ЖБИ

Железобетон, а так же готовые изделия из него, именуемые как ЖБИ, — это комплексный строительный материал, который состоит из основополагающих элементов: строительной арматуры и бетона. Благодаря уникальному соединению двух разноработающих элементов получается прочный и неприхотливый строительный материал обладающий целым рядом положительных характеристик. После застывания бетона в конструкции, он начинает воспринимать на себя все нагрузки на сжатие. Стоит заметить, что при длительном воздействии сжимающих сил, бетон уплотняется и становится ещё прочнее.

В противоположность бетону, стальная арматура отлично работает на растяжение. Достаточно сказать, что прочность арматуры на растяжение (устойчивость к растягивающим нагрузкам) почти в двести раз больше чем у бетона. Благодаря индивидуальным способностям этих двух материалов противостоять тем или иным нагрузкам, их союз в виде ЖБИ и конструкций из железобетона, представляет собой строительный материал с уникальными характеристиками.

В ЖБИ, бетон и арматура стоят на одной стороне баррикад, дополняя друг друга и удерживая «коллегу по борьбе» в заданных рамках. Они великолепно уживаются и совместно работают в ЖБИ благодаря своим основным физическим свойствам:

• Высокая прочность бетона и его устойчивость к сжимающим нагрузкам;
• Устойчивость стальной арматуры к нагрузкам на растяжение;
• Отличное сцепление затвердевшего бетона с рифленой поверхностью арматуры;
• Практически идентичное изменение линейных (в длину и ширину) размеров бетона и стали при больших колебаниях температуры;
• Низкая теплопроводность массива бетонного массива тоже помогает изделиям жби: бетон «своим телом» защищает арматуру от резких перепадов температуры.
• Бетонная оболочка так же берёт на себя функцию защиты арматуры от коррозии.

В совокупности все эти факторы и характеристики обоих материалов делают железобетонные конструкции и ЖБИ изделия сверхпрочными и качественными материалами для капитального строительства. Ни камень, ни металл, ни кирпич не способны соперничать с ЖБИ и монолитным железобетоном по прочности, долговечности, универсальности применения и цене одновременно.

Затвердевший бетон и стальная рифленая арматура в готовом изделии ЖБИ превращаются в прочнейший конструктивный элемент. При твердении бетона происходит процесс усадки и он уменьшается в объеме, уплотняется и обжимает рифленую поверхность арматуры словно тисками. Благодаря этому, он еще крепче сцепляется с ней. Такому тандему не страшны ни растягивания (при прогибании), ни сжатия при нагрузке веса здания на ЖБИ фундамент и т.п. Ещё один нюанс: сила сцепления рифленой арматуры и массива бетона со временем только возрастает.

Железобетонная конструкция — обзор

5.1 Введение

В железобетонных конструкциях связь между арматурными стержнями и окружающим бетоном играет важную роль в передаче напряжения от второго к первому и стала одной из сложных проблем в анализе железобетонных конструкций. Во многих численных моделированиях железобетонных конструкций обычно предполагалась идеальная связь между арматурными стержнями и бетоном. Хотя это предположение может обеспечить реалистичное упрощение реальных условий соединения арматурных стержней с достаточной подготовкой поверхности, при недостаточной подготовке поверхности, особенно в конструкциях из армированного стеклопластом бетона, может иметь место соединение-проскальзывание, влияние которого на конструкцию поведение не следует игнорировать [1–3].Кроме того, с увеличением нагрузки неизбежно возникает растрескивание, что также приводит к снижению прочности связи.

Было разработано несколько моделей конечных элементов для анализа железобетонных балок с эффектом сцепления и скольжения. В нескольких исследованиях одномерные балочные элементы были разработаны на основе волоконных моделей. Например, усовершенствованный элемент балки, предложенный Манфреди и Печче [4], включал явную формулировку зависимости сцепления-проскальзывания, и каждый элемент балки был разделен на подэлементы, определяемые двумя последовательными трещинами, определяемыми либо полуэмпирическими формулами, либо промежутками между стременами.Oliveira et al. В [5] представлена ​​модель слоистой балки, основанная на модели Манфреди и Печче [4], в которой соотношение напряжение-проскальзывание связи применялось к области конечного элемента, ограниченной двумя последовательными трещинами. Монти и Спаконе [6] разработали конечный элемент железобетонной балки, который объединил силовую модель сечения волокна с конечно-элементной моделью арматурного стержня с непрерывным скольжением. В то время как это обеспечивало решение только в пределах одного элемента балки, определение состояния элемента на основе силы было сложным.Позже Спаконе и Лимкатанью [7] представили модель волокна железобетонной балки, основанную на перемещении, в которой элемент состоял из двухузловой бетонной балки и нескольких двухузловых стержней для арматурной стали, чтобы обеспечить скольжение. Следует отметить, что теория пучка Эйлера – Бернулли применялась во всех этих элементах пучка на основе волоконной модели, в которых эффект сдвига не учитывался.

В существующих двухмерных и трехмерных моделях часто использовался отдельный связующий элемент для учета проскальзывания между арматурными стержнями и окружающим бетоном.В исследовании, представленном Кваком и Филиппоу [8], восьмиузловые четырехугольные элементы и одномерные элементы фермы использовались для моделирования бетона и арматурной стали, соответственно, а элементы связи были использованы для учета эффекта сцепления-проскальзывания. Этот метод подходит для случаев без значительного проскальзывания скрепления и связанного с ним повреждения скрепления. Модель конечных элементов Халфаллаха [9] была построена с использованием восьмиузловых плоских элементов напряжения для бетона, трехузловых элементов фермы для арматурных стержней и несовершенных элементов связи для сцепления-проскальзывания.В двухмерной модели, предложенной Rabczuk et al. [10], соединительный элемент, состоящий из двух двойных узлов, использовался для соединения элементов для бетона и стали. В модели Дженделе и Червенка [11] континуальные элементы (2-D или 3-D) использовались для моделирования бетона, элементов фермы с постоянной деформацией для моделирования арматурных стержней и элементов связи для моделирования постоянного скольжения.

Существующие двухмерные и трехмерные модели для железобетонных балок с эффектом сцепления-скольжения обычно сложны по геометрии и моделированию, а также требуют больших затрат на вычисления из-за большого количества узлов и степеней свободы.В одномерных моделях неточности могут быть внесены с помощью упрощенных методов. Следовательно, для более эффективного анализа требуется простой и эффективный одномерный конечный элемент, который учитывает эффект сцепления-проскальзывания.

В этой главе элемент одномерной многослойной композитной балки, представленный в главе 4, расширен для моделирования железобетонных балок, в частности балок из армированного стеклопластиком, с эффектом сцепления-скольжения. В этом элементе бетон разделен на несколько слоев бетона, а арматурные стержни представлены эквивалентными размазанными армирующими слоями.С помощью слоистого метода можно не только учесть нелинейность материала, но также смоделировать сцепление-проскальзывание между арматурными стержнями и бетоном. Кроме того, в интегрированном элементе можно моделировать одновременно бетонные и арматурные стержни, поэтому при численном моделировании не требуются различные типы элементов. Помимо степеней свободы для поперечного смещения и поворота, элемент составной балки имеет две дополнительные степени свободы для представления осевых смещений эквивалентных растягивающих и сжимающих армирующих слоев.Таким образом, узловые степени свободы для бетона и арматурных стержней различаются, что позволяет армирующим слоям скользить по бетону. Связь между напряжением и проскальзыванием, предложенная в коде модели CEB-FIP 1990 [12] и модифицированной модели BPE [13], используется для описания характеристик сцепления стали и арматурных стержней из стеклопластика, соответственно. Поскольку этот элемент имеет только два узла и четыре степени свободы на узел, он эффективен с точки зрения вычислений.

Железобетон — Designing Buildings Wiki

Железобетон (RC) — универсальный композит и один из наиболее широко используемых материалов в современном строительстве.Бетон — это относительно хрупкий материал, который прочен при сжатии, но в меньшей степени при растяжении. Обычный неармированный бетон не подходит для многих конструкций, поскольку он относительно плохо выдерживает нагрузки, вызванные вибрациями, ветровой нагрузкой и т. Д.

Для увеличения общей прочности стальные стержни, проволоку, сетку или тросы можно заделать в бетон до его схватывания. Эта арматура, часто называемая арматурой, противостоит растягивающим усилиям. Образуя прочную связь, два материала способны противостоять множеству приложенных сил, эффективно действуя как единый структурный элемент.

В то время как бетон использовался в качестве строительного материала с римских времен, использование арматуры в виде железа было введено только в 1850-х годах французским промышленником Франсуа Куанье, и только в 1880-х годах немецкий инженер-строитель Г.А. в качестве арматуры использовалась сталь.

Железобетон может быть сборным или монолитным (монолитным) бетоном и используется в широком диапазоне применений, таких как; строительство плит, стен, балок, колонн, фундаментов и каркасов.Арматура обычно размещается в тех областях бетона, которые могут подвергаться растяжению, например, в нижней части балок. Как правило, сверху и снизу стальной арматуры должно быть не менее 50 мм покрытия, чтобы противостоять растрескиванию и коррозии, которые могут привести к нестабильности конструкции.

Существует также ряд типов нестальной арматуры, которые могут использоваться, в основном, как средство борьбы с растрескиванием. Армированный бетон Fibre- представляет собой бетонную смесь, содержащую короткие дискретные волокна, равномерно распределенные по всему материалу.Волокна могут быть из стекла, полипропилена, синтетических и натуральных материалов, а также из стали.

Предварительно напряженный бетон позволяет помещать заранее определенные инженерные напряжения в бетонные элементы, чтобы противодействовать напряжениям, возникающим, когда они подвергаются нагрузке. В обычном железобетоне напряжения воспринимаются стальной арматурой, тогда как предварительно напряженный бетон поддерживает нагрузку за счет индуцированных напряжений по всему элементу конструкции.

Это делает его более устойчивым к ударам и вибрации, чем обычный бетон, и позволяет формировать длинные тонкие конструкции с гораздо меньшими площадями сечения, чтобы выдерживать эквивалентные нагрузки.Предварительное напряжение может быть достигнуто предварительным или последующим напряжением.

Для получения дополнительной информации см. Предварительно напряженный бетон.

Железобетон чрезвычайно прочен и не требует значительного ухода. Он имеет хорошую тепловую массу и по своей природе огнестойкий. Арматура обычно производится из 100% переработанного лома, а на этапе сноса бетон и арматуру можно разделить, чтобы сталь можно было переработать.

Однако бетон имеет относительно высокую воплощенную энергию, возникающую в результате его добычи, производства и транспортировки.Отходы могут быть включены в бетонную смесь, например RCA (переработанный измельченный заполнитель), GGBS (измельченный гранулированный доменный шлак) и PFA (пылевидная топливная зола), однако такие проблемы, как содержание влаги и изменчивость материала, могут сделать его переработку нежизнеспособной. .

Железобетон

Проектирование — это нечто большее, чем расчет сил в элементах конструкции и определение пропорций секций. Требования к строительным нормам Американского института бетона для конструкционного бетона (ACI 318-08) Раздел 7.13 и PCA Примечания к строительным нормам ACI 318-11 , EB712, излагают положения по усилению структурной целостности, предназначенные для повышения непрерывности, повышения избыточности и пластичности конструкций. Это достигается за счет обеспечения, как минимум, некоторого непрерывного усиления или связи между горизонтальными элементами каркаса. Кодекс предусматривает детализацию арматуры для предотвращения чрезмерной ширины трещин в условиях эксплуатации.

Хороший структурный анализ и проектирование должны быть дополнены соответствующими деталями армирования, чтобы гарантировать, что конструкция в целом ведет себя так, как моделируется проектировщиком.С другой стороны, плохо детализированная конструкция может страдать от неприглядных трещин, чрезмерного прогиба или даже обрушения. Хорошие детали и конструкции стержней должны быть практичными, удобными в сборке, рентабельными и подходящими для предполагаемого использования.

Арматура предназначена в основном для сопротивления внутренним растягивающим силам, рассчитанным на основе анализа. Кроме того, в зонах сжатия предусмотрено усиление для увеличения способности к сжатию, увеличения пластичности, уменьшения длительных прогибов или увеличения способности балок к изгибу.

Кроме того, требуется усиление для предотвращения чрезмерного растрескивания в результате усадки или температурных изменений в удерживаемых элементах конструкции. Боковое армирование (хомуты, стяжки и обручи) используется для обеспечения сопротивления основным растягивающим напряжениям, возникающим в результате сдвига. Боковое армирование в высоконапряженных участках зон сжатия балок и стыков колонн обеспечивает удержание. Это особенно важно для конструкций, расположенных в зонах повышенного сейсмического риска.

Важно обеспечить адекватную площадь арматуры, необходимую для противодействия внутренним силам растяжения или сжатия, необходимым для достижения расчетной прочности сечения.Предусмотренная область армирования не будет полностью эффективной, если она не будет полностью развита. Основным требованием для разработки арматурных стержней является то, что арматурный стержень должен быть встроен в бетон на достаточном расстоянии с каждой стороны критического сечения, чтобы развить пиковую силу растяжения или сжатия в стержне в этом сечении. Армирование может быть выполнено с помощью длины заделки, крючков, механических анкерных устройств, деформированной арматуры с головкой или комбинации этих методов.

Помимо обеспечения достаточных площадей для армирования и необходимой длины развертки, следует провести хорошую детализацию с учетом общей структурной целостности. Общая способность железобетонной конструкции выдерживать аномальные нагрузки, возникающие в результате непредвиденных событий, которые не могут быть учтены при проектировании, может быть существенно улучшена путем внесения относительно незначительных изменений в детализацию арматуры.

Публикации

PCA Примечания к строительному кодексу ACI 318-11, EB712
Акцент делается на «как использовать» код, включая обсуждение положений кода и полностью проработанные проектные решения для реальных проблем.Было обнаружено, что это руководство также является неоценимым подспорьем для преподавателей, подрядчиков, производителей материалов и продукции, органов строительного кодекса, инспекторов и других лиц, участвующих в проектировании, строительстве и регулировании бетонных конструкций. Публикация на более чем 900 страницах помогает лучше понять искусство и науку строительной инженерии за счет представления последних исследований и процедур проектирования. Включая обсуждение истории и философии конкретного дизайна, документ стремится проинформировать читателя как о «букве закона», так и, что более важно, о «духе», лежащем в основе положений кодекса.

Упрощенное проектирование железобетонных зданий, EB204
В этом новом, четвертом издании практикующим инженерам представлены экономящие время методы анализа, проектирования и детализации основных элементов каркаса железобетонного здания. Пересмотренный и обновленный до ACI 318-11, он включает положения о сейсмической и ветровой нагрузке в соответствии с Международным строительным кодексом (IBC 2009). Все уравнения, вспомогательные средства проектирования, графики и требования к кодам были обновлены до текущих кодов.Были добавлены расширенные иллюстрации теории и основ, а также новые средства проектирования, позволяющие экономить время, чтобы включить более широкий диапазон значений прочности бетона. Также содержит новую главу об экологичном дизайне.

PCA 100-2012, Предписательное проектирование наружных бетонных стен для одно- и двухквартирных домов, EB562
В данной публикации предлагается упрощенный подход к проектированию бетонных оснований, фундаментных стен и надземных стен с учетом обеих нагрузок несущие и ненесущие, предназначены в первую очередь для использования в отдельно стоящих одно- и двухквартирных домах.Это второе издание стандарта пересмотрено для согласования с критериями минимальных расчетных нагрузок для зданий и других конструкций Американского общества инженеров-строителей (ASCE) от 2010 года, содержащимися в Требованиях к зданиям Американского института бетона от 2011 года для конструкционного бетона. Стоимость в 70 долларов. Доступен в формате PDF с паролем.

Сейсмическая детализация бетонных зданий , SP382
Эта публикация содержит исчерпывающий обзор требований по сейсмической деталировке, содержащихся в Требованиях Строительных норм для конструкционного бетона (318-05) и Комментариях (318R-05), которые приняты посредством ссылки в Международный строительный кодекс 2006 года.Дополнительный компакт-диск включен с деталями армирования балок, колонн, двусторонних плит, стен и фундаментов. 2007 г., 80 с. Доступно для печати

Примечания PCA к требованиям строительных норм ACI 318-08 для конструкционного бетона с проектными приложениями

Бетонные полы на земле, EB075

Долговременные эксплуатационные качества бетонных полов не случайны.Необходимо обратить внимание на различные факторы, влияющие на толщину плиты и другие элементы конструкции, такие как стыки и земляное полотно. Это расширенное четвертое издание, предназначенное для дизайнеров, описывает проектирование, строительство и ремонт бетонных полов на земле, уделяя особое внимание достижению наилучшего возможного баланса между требованиями к обслуживанию, стоимостью и техническим обслуживанием.

Щелкните здесь, чтобы получить техническую заметку о модуле упругости грунтового основания.

Сейсмическая детализация бетонных зданий , SP382

Эта публикация содержит исчерпывающий обзор требований к сейсмической деталировке, содержащихся в Требованиях Строительных норм для конструкционного бетона (318-05) и Комментариях (318R-05), которые приняты ссылка в Международном строительном кодексе 2006 года.Дополнительный компакт-диск включен с деталями армирования балок, колонн, двусторонних плит, стен и фундаментов. 2007, 80 стр.

Щелкните здесь для получения технической заметки.

Системы бетонных перекрытий и многое другое, CD013

На этом компакт-диске представлен авторитетный обзор систем бетонных полов, который раскрывает проблемы и соображения, которые профессионалы используют при выборе системы бетонных полов.Мультимедийный формат помогает архитекторам, инженерам и преподавателям извлекать выгоду из преимуществ каждого типа напольных покрытий.

Длиннопролетные системы перекрытий , SP339

Обсуждаются популярные длиннопролетные системы бетонных перекрытий: ленточно-балочные и широкомодульные. Включает предварительные оценки и параметры количества материалов для различных пролетов и условий нагружения. Диаграммы относительной стоимости помогают сделать выбор экономичным.Печатная копия доступна в библиотеке PCA.

Отраслевые ресурсы

Институт железобетонной арматуры (CRSI) предлагает множество ресурсов для инженеров, архитекторов, подрядчиков — почти всех, кто работает с железобетоном. Руководство по стандартной практике CRSI предлагает стандарты для оценки, детализации, изготовления и размещения арматурной стали, а их Руководство по проектированию (основанное на ACI 318-98 Требования строительных норм для конструкционного бетона) является ценным справочным материалом.Институт сборного / предварительно напряженного бетона (PCI) и Институт последующего натяжения (PTI) также предлагают ресурсы для работы с железобетоном.

Что такое железобетон? | Программное обеспечение SkyCiv Cloud для структурного анализа

Что такое железобетон?

Железобетон — это общий термин, обозначающий бетонный элемент (или плиту), который содержит стальную арматуру (обычно в виде стальных стержней) для увеличения прочности конструкции.Материал, полученный в результате комбинации бетона и арматурных стержней, называется железобетонным (ЖБИ). Во время строительства арматурная сталь сначала помещается в опалубку либо в виде сборного стального каркаса, либо в виде стальных арматурных стержней, которые скрепляются между собой и подключаются на месте. Затем бетон заливается в опалубку и подвергается вибрации с помощью соответствующих устройств, чтобы гарантировать высокий уровень взаимодействия между двумя материалами.

Рис. 1. Прямоугольная бетонная балка со стальной арматурой является примером железобетонного элемента.

Почему важно армирование бетона?

Одним из основных недостатков бетона является его очень низкая прочность на растяжение, которая практически превышается при малых нагрузках.Это приводит к растрескиванию бетонных поверхностей, что, в свою очередь, приводит к эстетическим проблемам (большой прогиб балок или плит) для предельного состояния эксплуатационной пригодности, а также к проблемам структурной целостности в предельном состоянии. С другой стороны, арматурная сталь имеет довольно высокий предел прочности на разрыв и симметричный закон материи при растяжении и сжатии. Однако только арматурный стержень, который подвергается сжатию, преждевременно выходит из строя из-за потери устойчивости. По этим причинам использование арматуры в секции RC приводит к эффективному поведению конструкции, так как арматурные стальные конструкции эффективно работают при растяжении, а бетон эффективно работает при сжатии и ограничивает сжатие арматуры.На рисунке 1 показана диаграмма изгибающего момента неразрезной балки при вертикальных нагрузках, а также места, где должна быть размещена арматурная сталь.

Рис. 2: Трехпролетная неразрезная балка при равномерной нагрузке: (а) диаграмма изгибающего момента и (б) основные места армирования.

Важно отметить, что сотрудничество между бетоном и арматурной сталью облегчается тем фактом, что оба материала имеют одинаковый коэффициент теплового расширения, а это означает, что изменение температуры не вызывает дополнительных внутренних напряжений на границе раздела бетон-арматура.

Где используется железобетон?

В настоящее время железобетон широко используется в современном строительстве, в основном для зданий и мостов. Такие проекты могут включать в себя большое количество участников, например:

• Пластинчатые элементы: горизонтальные пластины (плиты, плиты настила мостов и плиты фундамента) или вертикальные (например, стены с поперечным срезом и основные стены вокруг лестниц или лифтов)
• Элементы линейного типа: , такие как балки, колонны или сваи.

При вертикальной нагрузке пластинчатые элементы обеспечивают жесткость и прочность более чем в одном направлении в плане элемента, в то время как линейные элементы придают прочность и жесткость в основном в одном направлении.

Какие примеры (сечения) ЖБИ?

Поперечные сечения вертикальных линейных элементов, таких как колонны и опоры, имеют довольно простую геометрию (чаще всего квадратную, прямоугольную или круглую — см. Рисунок 2), продиктованную тем фактом, что эти элементы должны оказывать одинаковое или подобное сопротивление во всех горизонтальных направлениях.Кроме того, такая геометрическая конфигурация снижает затраты на опалубку. Поперечные сечения балок, используемых в строительных проектах, имеют обычную прямоугольную форму, в то время как поперечные сечения мостовых балок имеют в основном двутавровую форму, чтобы уменьшить вес и обеспечить размещение арматуры после натяжения.

Рисунок 3: Типовые железобетонные секции

Программное обеспечение SkyCiv для проектирования железобетона

SkyCiv предлагает простое в использовании программное обеспечение для проектирования железобетонных конструкций, которое помогает анализировать и проектировать железобетонные элементы.Используя программное обеспечение SkyCiv Beam, вы можете проанализировать нагрузки на элемент, а затем спроектировать свой бетонный элемент с помощью нашего программного обеспечения для проектирования железобетонных конструкций.

Программное обеспечение для железобетона

Проблема с железобетоном

Сам по себе бетон является очень прочным строительным материалом. Великолепный Пантеон в Риме, крупнейший в мире купол из неармированного бетона, находится в отличном состоянии спустя почти 1900 лет. И все же многие бетонные конструкции прошлого века — мосты, шоссе и здания — рушатся.Многие бетонные конструкции, построенные в этом столетии, к его концу устареют.

Учитывая сохранившиеся древние постройки, это может показаться любопытным. Решающее отличие — это современное использование стальной арматуры, известной как арматура, скрытая внутри бетона. Сталь в основном состоит из железа, и одно из неизменных свойств железа — то, что оно ржавеет. Это ухудшает долговечность бетонных конструкций, что трудно обнаружить и дорого ремонтировать.

Хотя ремонт может быть оправдан для сохранения архитектурного наследия знаковых зданий 20-го века, например, спроектированных пользователями железобетона, такими как Фрэнк Ллойд Райт, сомнительно, будет ли это доступным или желательным для подавляющего большинства сооружений.Писатель Роберт Курланд в своей книге Concrete Planet оценивает затраты на ремонт и восстановление бетонной инфраструктуры только в Соединенных Штатах в триллионы долларов, которые будут оплачиваться будущими поколениями.

Для замены старых мостов нужны новые деньги.
1stPix Фила / Flickr.com, CC BY-NC

Стальная арматура была кардинальным нововведением 19 века. Стальные стержни добавляют прочности, позволяя создавать длинные консольные конструкции и более тонкие плиты с меньшей опорой.Это сокращает время строительства, поскольку для заливки таких плит требуется меньше бетона.

Эти качества, продвигаемые напористым, а иногда и двуличным продвижением бетонной промышленности в начале 20 века, привели к его огромной популярности.

Железобетон конкурирует с более прочными строительными технологиями, такими как стальной каркас или традиционные кирпичи и строительный раствор. Во всем мире он заменил экологически чувствительные, низкоуглеродные варианты, такие как сырцовый кирпич и утрамбованную землю — исторические практики, которые также могут быть более долговечными.

Инженеры начала 20 века думали, что железобетонные конструкции прослужат очень долго — возможно, 1000 лет. На самом деле продолжительность их жизни больше примерно 50-100 лет, а иногда и меньше. Строительные нормы и правила обычно требуют, чтобы здания сохранялись в течение нескольких десятилетий, но ухудшение состояния может начаться всего через 10 лет.

Многие инженеры и архитекторы указывают на естественное сходство стали и бетона: они имеют схожие характеристики теплового расширения, а щелочность бетона может помочь предотвратить ржавчину.Но по-прежнему отсутствуют сведения об их составных свойствах — например, в отношении изменений температуры, связанных с воздействием солнца.

Многие альтернативные материалы для армирования бетона, такие как нержавеющая сталь, алюминиевая бронза и фибро-полимерные композиты, пока не получили широкого распространения. Доступность простой стальной арматуры привлекает девелоперов. Но многие проектировщики и разработчики не принимают во внимание дополнительные расходы на обслуживание, ремонт или замену.

Дешево и эффективно, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.
Луиджи Кьеза / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Существуют технологии, которые могут решить проблему коррозии стали, например катодная защита, при которой вся конструкция подключается к антикоррозийному электрическому току. Существуют также интересные новые методы контроля коррозии с помощью электрических или акустических средств.

Другой вариант — обработать бетон составом, ингибирующим ржавчину, хотя он может быть токсичным и не подходящим для зданий.Есть несколько новых нетоксичных ингибиторов, включая соединения, извлеченные из бамбука, и «биомолекулы», полученные из бактерий.

По сути, однако, ни одно из этих достижений не может решить присущую ему проблему, заключающуюся в том, что размещение стали внутри бетона разрушает его потенциально большую долговечность.

Экологические затраты на реконструкцию

Это имеет серьезные последствия для планеты. Бетон является третьим по величине источником выбросов углекислого газа после автомобилей и угольных электростанций.Только на производство цемента приходится примерно 5% мировых выбросов CO₂. Бетон также составляет самую большую долю отходов строительства и сноса и составляет около трети всех отходов свалок.

Переработка бетона сложна и дорога, снижает его прочность и может катализировать химические реакции, ускоряющие распад. Миру необходимо сократить производство бетона, но это будет невозможно без строительства долговечных конструкций.

Рекультивация арматуры: дорогостоящая работа.Анна Фродезиак / Wikimedia Commons

В недавней статье я предполагаю, что повсеместное признание железобетона может быть выражением традиционного, доминирующего и в конечном итоге деструктивного взгляда на материю как на инертную. Но железобетон на самом деле не инертен.

Бетон обычно воспринимается как подобный камню, монолитный и однородный материал. Фактически, это сложная смесь вареного известняка, глиноподобных материалов и широкого спектра каменных или песчаных заполнителей.Сам известняк представляет собой осадочную породу, состоящую из раковин и кораллов, на формирование которых влияют многие биологические, геологические и климатологические факторы.

Это означает, что бетонные конструкции, несмотря на все их каменные поверхностные качества, на самом деле состоят из скелетов морских существ, вымоченных в скалах. Этим морским существам требуются миллионы и миллионы лет, чтобы жить, умереть и превратиться в известняк. Этот временной масштаб резко контрастирует с продолжительностью жизни современных зданий.

Сталь также часто считается инертной и упругой. Такие термины, как «железный век», предполагают древнюю долговечность, хотя артефакты железного века сравнительно редки именно потому, что они ржавеют. Если видна строительная сталь, ее можно обслуживать, например, если мост Харбор-Бридж в Сиднее неоднократно красится и перекрашивается.

Однако, когда она заделана в бетон, сталь скрыта, но тайно активна. Влага, проникающая через тысячи крошечных трещин, вызывает электрохимическую реакцию.Один конец арматурного стержня становится анодом, а другой — катодом, образуя «батарею», которая обеспечивает преобразование железа в ржавчину. Ржавчина может расширять арматурный стержень в четыре раза, увеличивая трещины и заставляя бетон расколоться в процессе, называемом скалыванием, более известным как «рак бетона».

Конкретный рак: некрасиво.
Саранг / Wikimedia Commons

Я предлагаю изменить наше мышление и признать бетон и сталь яркими и активными материалами.Это не случай изменения каких-либо фактов, а скорее переориентация того, как мы понимаем эти факты и действуем в соответствии с ними. Чтобы избежать отходов, загрязнения окружающей среды и ненужного восстановления, потребуется мыслить далеко за рамки дисциплинарных представлений о времени, и это особенно верно для строительной отрасли.

Разрушенные цивилизации прошлого показывают нам последствия краткосрочного мышления. Мы должны сосредоточиться на строительстве структур, которые выдержат испытание временем, чтобы не получить громоздкие, заброшенные артефакты, которые не больше подходят для своего первоначального назначения, чем статуи острова Пасхи.

Железобетонные конструкции: обычный железобетон и предварительно напряженный бетон

Термины, которые вы должны знать:

• последующее натяжение: метод предварительного напряжения, при котором стальные пряди натягиваются после заливки бетона
• предварительно напряженный: бетон, который подвергается внутренним напряжениям от арматурных стальных нитей, чтобы компенсировать растягивающее напряжение будущих нагрузок
• предварительное натяжение: метод предварительного напряжения, при котором стальные пряди натягиваются перед заливкой бетона
• арматура: наименование арматурного стержня, который используется для повышения прочности бетона на разрыв
• арматурный стержень (арматура): стальные стержни, пряди или металлическая ткань, помещенные в бетонные плиты, балки или колонны для увеличения их прочности
• железобетон (RC): композит из двух материалов: бетона и арматурной стали (стержней и сетки), использующий лучшее из обоих свойств

Механика материалов

Механика материалов — это термин, используемый для описания поведения различных типов материалов под воздействием напряжений.В этой статье основное внимание уделяется тому, как бетон ведет себя при сжимающих и растягивающих напряжениях. Мы также рассмотрим некоторые методы, применяемые для устранения недостатков материала, которые, в результате, делают бетон прочным и, следовательно, обычным материалом, используемым в качестве структурного компонента в коммерческих зданиях.

Стандартный бетон хорошо реагирует на сжимающее напряжение, но плохо — на растягивающее; поэтому армирование используется для повышения прочности материала. Бетон выдерживает сжимающее напряжение, а арматура обеспечивает прочность против растягивающего напряжения.

ПРИМЕЧАНИЕ: Бетон расширяется или растягивается под действием растягивающего напряжения и сжимается или укорачивается под действием сжимающего напряжения. .

Бетон обычно считается хрупким материалом; таким образом, без армирования он будет испытывать хрупкое разрушение как вид разрушения. Хрупкое разрушение — это режим разрушения при растяжении, означающий, что до полной потери прочности материал практически не проявляет никаких признаков того, что что-то не так. Окончательный провал происходит относительно внезапно.Армирование в бетоне изменяет режим разрушения при хрупком разрушении на вязкое разрушение; поэтому до полной потери прочности станут видны трещины. Следовательно, есть видимое предупреждение перед окончательным отказом.

Механика бетона говорит нам, что бетон сам по себе не является хорошим конструкционным материалом, тем более что бетон в процессе эксплуатации подвержен значительным растягивающим напряжениям и различным нагрузкам. Таким образом, весь бетон армирован, чтобы противостоять приложенным растягивающим усилиям и контролировать развитие растрескивания под нагрузкой.

Железобетон

Железобетон (ЖБИ) представляет собой смесь двух материалов: бетона и арматурной стали (стержней и сетки). Арматурная сталь, также называемая арматурой, заделывается в бетон, так что два материала могут вместе противостоять приложенным силам. Обратите внимание, что стальную арматуру, установленную таким образом, часто называют обычной или обычной арматурой.

Обычная арматура — это форма пассивной арматуры, при которой арматурная сталь не сопротивляется растяжению до тех пор, пока она не растягивается, что часто означает, что бетон должен растрескаться, прежде чем арматурная сталь сможет противостоять растягивающему напряжению.Другими словами, растрескивание может активировать прочность арматурной стали, поэтому прогиб бетона может присутствовать, но для материала поддается регулированию. Арматурную сталь часто кладут сверху и снизу плит.

Традиционно армированный бетон можно также дополнить прядями стальной арматуры для предварительного или последующего натяжения. Когда эти методы применяются, материал в совокупности называется предварительно напряженным бетоном. Это форма активного армирования, которая, как следует из названия, означает, что бетон подвергается предварительному напряжению перед вводом в эксплуатацию.Оно предварительно напряжено путем растяжения (натяжения) стальных стержней арматуры.

Два метода предварительного напряжения описаны ниже:

1. Предварительное натяжение: Бетон заливается вокруг предварительно натянутых прядей стальной арматуры. Эти пряди натянуты на бетонный каркас между двумя точками анкерного крепления. Бетон приклеивается к стальным прядям, и как только бетон достигает заданной прочности на сжатие, стальные стержни арматуры освобождаются. В этом методе, когда бетон затвердевает и стальные стержни арматуры, предварительно натянутые на растяжение, высвобождаются, напряжение передается внутри бетона в виде сжатия за счет трения с арматурой.
2. Последующее натяжение: Бетон заливается вокруг рукавов или каналов, и пряди стальной арматуры с предварительным натяжением продеваются через них. Когда бетон достигает заданной прочности на сжатие, пряди стальной арматуры растягиваются с помощью гидравлических домкратов и прочно закрепляются на каждом конце. Гильзы или трубки обычно заполняются раствором. Пост-натяжение также достигается за счет предоставления стальным арматурным стержням в некоторой степени свободы перемещения внутри бетона. В этом случае прядь стальной арматуры смазывается антикоррозийной смазкой и покрывается оболочкой.Это называется пост-натяжением без сцепления. В этом методе к бетону прикладывается постоянное сжатие, когда стальная арматура постоянно закреплена.

В обоих методах предварительного напряжения растяжение прядей является формой напряжения, которое сжимает бетон. Это, в свою очередь, создает внутренние напряжения, которые противодействуют напряжению растяжения от будущих эксплуатационных нагрузок. Подводя итог, предварительное напряжение увеличивает прочность бетона на растяжение, поскольку будущие эксплуатационные нагрузки должны нейтрализовать предварительное напряжение сжатия.Предварительно напряженный бетон часто используется в проектах гражданского строительства, таких как настилы мостов, а также в следующих элементах коммерческих зданий: балконы, перемычки, плиты перекрытия, балки, фундаментные слои и конструкции парковок.

Общие дефекты железобетона

Трещины — распространенный и легко заметный дефект железобетона. Инспекторы должны учитывать, что не все наблюдаемые трещины могут отрицательно повлиять на структурную целостность бетонных элементов.Один тип растрескивания называется оседанием пластика, и обычно он образуется над стальной арматурой и выравнивается по ней. Другой тип растрескивания называется коррозией арматуры, и он также образуется над арматурой. Некоторые дефекты появляются в течение нескольких часов после затвердевания бетона, в то время как на развитие других уходят годы. В любом случае инспекторы должны сообщать о признаках трещин в соответствии с их местонахождением и характеристиками.

Требуется ли усиление бетона как элемента конструкции?

Стандартный бетон без армирования не подходит в качестве конструктивного элемента в коммерческих зданиях, поскольку он имеет низкую прочность на разрыв и под нагрузкой развивается растрескивание.Естественно, бетон хорошо реагирует на сжимающее напряжение; таким образом, арматура используется для обеспечения прочности против растягивающего напряжения и для подавления растрескивания (и полного разрушения).

При этом бетон, который испытывает значительные приложенные нагрузки, должен иметь армирование. Но хотя армирование делает бетон более прочным, некоторые бетонные конструкции и элементы могут не иметь армирования или нуждаться в нем. Сюда входят подъездные пути к жилым домам, этажи гаражей и ступени.

Заключение

Решения о том, какие материалы использовать при строительстве различных типов коммерческих сооружений, принимаются на стадии предварительного проектирования.Бетонные структурные компоненты могут включать балки и колонны, рамы, диафрагмы и / или стены, работающие на сдвиг. Инспекторам по коммерческой недвижимости важно понимать основные принципы работы с распространенными материалами и методами, включая предварительное напряжение бетона, чтобы компетентно проверять и составлять отчеты о большинстве коммерческих структур.

Бетонные конструкции и методы, применяемые для их строительства, могут быть довольно сложными. Инспекторы по коммерческой недвижимости должны иметь профессионального инженера или специалиста по ремонту и обслуживанию бетона в своей группе специализированных консультантов.Некоторые инженеры проводят всю свою карьеру, изучая и специализируясь на методах строительства из бетона.

Продление срока службы железобетонных конструкций

10.31.16 Хайдер Х. Аль-Хилал, PE, SMSI, CIP-1, CCI-2, термографист уровня 1, ICRI CSMT | Еще от этого автора

Продление срока службы железобетонных конструкций

Человеку свойственно откладывать расходы на техническое обслуживание до тех пор, пока ситуация не станет неотложной, но информированные владельцы знают, что могут сэкономить в долгосрочной перспективе и избежать многих лет разочарований, планируя заранее.Независимо от того, насколько хорошо спроектированы и построены, бетонные конструкции необходимо время от времени и должным образом оценивать и обслуживать, чтобы продлить срок их службы и снизить необходимость в дорогостоящем капитальном ремонте. Понимание наиболее распространенных причин износа, этапов срока службы, видов ремонта и типичных затрат, связанных с ними, важно для принятия обоснованных и рентабельных решений по техническому обслуживанию и ремонту.

Ухудшение — Кто самый большой участник?

На севере Соединенных Штатов коррозия металла, залитого в бетон, в первую очередь арматурной стали, является основной причиной разрушения бетона, особенно внешних бетонных конструкций, таких как парковочные площадки и мосты.Эти конструкции наказываются круглогодичным воздействием элементов окружающей среды в сочетании с коррозионным воздействием кислотных дождей и противообледенительных солей, циклами замораживания-оттаивания, иногда плохими конструктивными и проектными недостатками и отложенным техническим обслуживанием.

Износ железобетона в результате коррозии закладной арматуры.

Без надлежащего обслуживания коррозия неизбежна. Однако есть практические способы отсрочить его и смягчить его последствия.

Как коррозия влияет на срок службы железобетонных конструкций? Можно ли предсказать оставшийся срок службы и что можно сделать, чтобы его продлить? Модели срока службы бетона Tuutti (1982) и Song (2007) решают эти вопросы и могут использоваться для прогнозирования срока службы бетона на основе степени коррозии стали и наглядно демонстрируют преимущества активного обслуживания и своевременного ремонта.

Фазы срока службы бетона — модели Туутти и Сонга

В модели Туутти срок службы железобетонных конструкций разделен на две фазы: начало и распространение. Фаза инициирования — это промежуток времени, необходимый для начала коррозии арматурной стали. Скорость карбонизации и миграции хлоридов через бетон определяет продолжительность фазы инициирования. На этом этапе происходит потеря пассивного слоя, который покрывает и защищает заделанную арматурную сталь за счет значительного снижения скорости коррозии до очень небольшого количества, которое происходит, когда карбонизация достигает поверхности армирующей стали.

Как только пассивный слой разрушается в результате эффекта карбонизации, снижающего pH, коррозия встроенной арматурной стали будет происходить быстрее, особенно в присутствии ионов хлора (коррозия, вызванная хлоридом), что приведет к фазе распространения. Коррозия, вызванная хлоридом, возникает, когда значение концентрации хлорид-иона на поверхности армирующей стали превышает определенное количество, известное как критический пороговый уровень (CTL). Правильное проектирование, строительство и обслуживание железобетонных конструкций, которые учитывают минимизацию эффектов карбонизации и миграции хлоридов, значительно продлят фазу инициации.Во время фазы распространения происходит ускоренная коррозия и объемное расширение (накопление ржавчины), что приводит к высоким растягивающим напряжениям в бетоне, которые могут растрескаться и отслоить окружающий бетон и вызвать сколы, то есть отслоение бетонного материала. Эти условия сменяются фазами ускорения и ухудшения, позже идентифицированными в модели Сонга. Возникающее в результате расслоение и выкрашивание имеют тенденцию ухудшать эксплуатационные качества бетона и, если его не ремонтировать, могут повлиять на прочность, что приведет к разрушению конструкции.

Ремонт, сделанный во время фазы инициации, по сравнению с фазами распространения, ускорения и ухудшения

Ремонт во время начальной фазы обычно состоит из местной обработки поверхности, такой как нанесение поверхностного герметика и / или покрытия, наряду с местной обработкой трещин. Это отличается от ремонта во время фаз роста, ускорения и разрушения, которые обычно включают удаление бетона для обнажения и очистки корродированной арматуры и замену карбонизированного, богатого хлоридами бетона.

Стоимость местной обработки поверхности обычно колеблется от 2 до 7 долларов за квадратный фут площади бетонной поверхности. Стоимость ремонта во время фаз распространения, ускорения и разрушения обычно колеблется от 25 до 200 долларов плюс за квадратный фут. Следовательно, очевидно, что более экономично инициировать профилактическое обслуживание и мелкий ремонт во время фазы запуска, до того, как жизненный цикл бетона достигнет фазы распространения. Проиллюстрированы четыре этапа срока службы бетона с приблизительными затратами на техническое обслуживание.

Иллюстрация фаз зарождения, распространения, ускорения и разрушения для срока службы железобетона (на основе моделей Тутти и Сонга).

Заключение

Продление срока службы железобетонных конструкций рентабельным способом возможно, если понять основные причины ухудшения, понять их влияние на срок службы и принять меры по профилактическому обслуживанию и ремонту в течение срока службы железобетона, когда затраты на ремонт относительно низкий.Внедрение программы активного мониторинга и технического обслуживания, позволяющей регулярно проверять состояние железобетонных элементов, может минимизировать затраты на ремонт за счет обнаружения и решения проблем, которые могут быть обнаружены до того, как они станут дорогостоящим ремонтом и потенциальными проблемами безопасности.

Если вас беспокоит дорогостоящий ремонт железобетонных конструкций? Есть еще вопросы о том, как решить проблемы? Инженеры SME оценили и составили спецификации восстановления бетонных конструкций по всему миру.Мы можем помочь!

За дополнительной информацией обращайтесь к Хайдеру Аль-Хилалу.

.