Классификация арматуры и технические требования к сталям
Классификация арматуры и технические требования к сталям
Классификация арматуры. Арматура железобетонных конструкций воспринимает в основном растягивающие усилия. Это дает возможность, применяя ее совместно с бетоном, изготовлять железобетонные конструкции разнообразного назначения. Из железобетона выполняют конструктивные элементы зданий и сооружений, работающие не только на сжатие, например колонны, но и на изгиб и растяжение — плиты, балки, фермы для перекрытия больших пролетов. Стальную арматуру классифицируют по назначению, способу изготовления и последующего упрочнения, форме поверхности и способу применения.
По назначению различают арматуру рабочую и монтажную. Рабочая арматура воспринимает усилия, возникающие под действием нагрузок на конструкцию. Количество арматуры рассчитывают в соответствии с этими нагрузками. В зависимости от ориентации в железобетонной конструкции рабочая арматура может быть продольной или поперечной.
Продольная рабочая арматура воспринимает усилия растяжения или сжатия, действующие по продольной оси элемента. Например, в изображенной на рис. 15 балке, опирающейся по концам, продольная рабочая арматура выполнена из стержней, которые сопротивляются растягивающим усилиям в нижней зоне конструкции. Для восприятия усилий, действующих при изгибе под углом 45° к продольной оси балки, стержни отгибают. В колоннах продольную арматуру устанавливают для повышения сопротивляемости усилиям сжатия.
Рис. 15. Армирование балки:
1 — распределительная арматура, 2, 3. 5 — продольные рабочие арматурные стержни, 4 — поперечная арматура (хомуты), 6 — монтажные петли
Поперечная арматура воспринимает усилия, действующие поперек оси балки. Такую арматуру выполняют в виде хомутов либо расположенных поперечно отрезков стержней в сварных каркасах и сетках.
Монтажную арматуру устанавливают в зависимости от конструктивных и технологических требований. Ее подразделяют на распределительную и конструктивную.
Конструктивная арматура служит для восприятия таких усилий, на которые конструкцию не рассчитывают. В частности, сюда относятся усилия от усадки бетона, температурных изменений. Конструктивную арматуру обязательно устанавливают в местах резкого изменения сечения конструкций, где происходит концентрация напряжений. Конструкции, подвергающиеся действию динамических нагрузок, например подкрановые балки и консоли колонн, на которые они опираются, также нуждаются в конструктивной арматуре.
По способу изготовления стальную арматуру железобетонных конструкций подразделяют на горячекатаную стержневую и холоднотянутую проволочную.
Стержневую арматуру поставляют в прутках диаметром не менее 12 мм и длиной до 13 м, проволочную диаметром З…8мм — в мотках или бунтах массой до 1300 кг.
По способу последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной, т.е. подвергнутой термической обработке, или упрочненной в холодном состоянии — вытяжкой, волочением.
По форме поверхности различают арматуру периодического профиля и гладкую. Стержни арматуры периодического профиля снабжены выступами, благодаря которым улучшается сцепление ее с бетоном. На поверхности проволочной арматуры для этой цели создают рифы (вмятины). Гладкую арматуру выпускают в виде горячекатаных стержней диаметром 6…40 мм или проволоки диаметром 3…8 мм. Чтобы исключить проскальзывание гладкой арматуры в бетоне, ее заанкери-вают.
По способу применения при армировании железобетонных конструкций различают напрягаемую арматуру, подвергаемую предварительному натяжению, и ненапрягаемую.
В некоторых случаях используют так называемую жесткую арматуру в отличие от обычно применяемых гибких стержней и проволоки.
Жесткую арматуру выполняют из сортового проката — швеллеров, двутавров, равнобоких и неравнобоких уголков. До отвердевания бетона такая арматура работает как металлическая конструкция на нагрузку от собственного веса, веса прикрепляемой к ней опалубки и свежеуложенной бетонной смеси. Жесткую арматуру применяют при бетонировании большепролетных перекрытий, сильно загруженных колонн нижних этажей многоэтажных зданий.
Рис. 16. Сцепление арматуры с бетоном:
1 — бетон, 2—гладкая арматура, 3 — арматура периодического профиля
Технические требования к арматурной стали. К ним относятся требования по прочности, пластичности, свариваемости, хладноломкости.
Прочность определяют путем испытания образцов стали на растяжение. Основной характеристикой прочности малоуглеродистых арматурных сталей служит предел текучести.
Прочность горячекатаной стержневой арматурной стали существенно — в несколько раз — повышают термическим или термомеханическим упрочнением, проволочной — холодным деформированием.
Термическое упрочнение состоит из закалки и частичного отпуска стали. Закалку осуществляют нагревом стержней до температуры 800…900 °С и быстрым охлаждением, отпуск — нагревом до температуры 300…400 °С и постепенным охлаждением. Термомеханическое упрочнение производят путем нагрева, пластического деформирования и последующей термообработки арматуры. Это повышает прочность стержневой арматуры до 1800 МПа.
Проволочную арматурную сталь упрочняют холодным деформированием, пропуская ее через несколько последовательно уменьшающихся в диаметре отверстий. Чтобы получить структуру стали, необходимую для такого холодного волочения, проволоку подвергают предварительной термообработке — патентированию. Оно заключается в нагреве проволоки до температуры 870…950 °С, быстром охлаждении до температуры 500 °С, выдержке и охлаждении на воздухе. По такой технологии изготовляют высокопрочную арматурную проволоку.
Прочностные характеристики арматуры нормируют, как правило, по сопротивлению растягивающим усилиям.
В некоторых конструкциях арматуру используют как элемент, усиливающий работу бетона на сжатие. В этом случае нормируют сопротивление арматуры сжатию. Его принимают равным расчетному сопротивлению при растяжении, но не более 400 МПа.
Пластические свойства арматурных сталей важны для нормальной работы железобетонных конструкций под нагрузкой, механизации арматурных работ. Снижение пластических свойств стали может стать причиной хрупкого (внезапного) разрыва арматуры в конструкциях, хрупкого излома напрягаемой арматуры в местах резкого перегиба или при закреплении в захватах. Поэтому пластические свойства арматурных сталей обязательно нормируют. Пластичность характеризуют полным относительным удлинением после разрыва образца, %, а также по результатам испытания на загиб в холодном состоянии.
Свариваемость арматурных сталей характеризуется надежным сварным соединением, отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах. Это свойство используют при изготовлении сварных каркасов и сеток, стыковке стержневой арматуры.
Хладноломкость характеризуется склонностью арматурных сталей к хрупкому разрушению при температурах ниже —30 °С. Хладноломкостью обладают горячекатаные стали периодического профиля, изготовленные из полуспокойной мартеновской или конвертерной стали. Менее склонны к хрупкому разрушению при низкой температуре термически упрочненные арматурные стали, а также высокопрочная проволока.
Читать далее:
Теплоизоляционные материалы
Фиксаторы арматуры
Материалы для смазывания форм
Сборные бетонные и железобетонные конструкции
Арматурные изделия и закладные детали
Проволочная арматура
Стержневая арматура
Обработка давлением
Термическая и химико-термическая обработка стали
АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ | Бетон-Каркас
Арматурой называются стальные стержни и проволока различной формы (круглые, периодического профиля), канаты, сетки, плоские и объемные каркасы, являющиеся составной частью железобетонных конструктивных элементов (рис.
1). Основные требования к арматуре обусловлены необходимостью ее совместной работы с бетоном. Арматура должна обладать хорошей спепляемостью с бетоном, иметь необходимые физико-механические, прочностные и технологические качества.
Арматуру классифицируют по различным признакам (рис. 2). В строительстве в качестве арматуры применяются конструкционные углеродистые и низколегированные стали. В ряде случаев может использоваться неметаллическая арматура (например, стеклопластиковая в виде рубленого стеклянного или асбестового волокна).
Арматура
по назначению
подразделяется на рабочую, монтажную, распределительную, конструктивную и анкерную (закладные детали). Рабочая арматура служит для восприятия расчетных усилий, возникающих от внешних нагрузок и собственной силы тяжести конструкции; она может быть ненапрягаемой и напрягаемой.
Монтажная арматура обеспечивает жесткость арматурному каркасу в процессе его сборки, транспортирования и установки.
Распределительная арматура предназначена для равномерного распределения нагрузки между стержнями рабочей арматуры. Соединение распределительной арматуры с рабочей с помощью сварки или вязки обеспечивает их совместную работу.
Конструктивная арматура необходима для восприятия напряжений в бетоне, которые в расчете конструкций не учитываются (например, в оголовке сваи, в местах изменения сечения конструкции). Анкерную арматуру (закладные детали) изготавливают из арматурной стали или фасонного проката и прикрепляют к арматуре с помощью сварки или вязальной проволоки.
Рис.1. Основные виды арматурных изделий.
При армировании железобетонных конструкций следует руководствоваться указаниями СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции» (табл. 2.16).
Рис.2. Классификация арматуры по характерный признакам.
Арматурная сталь обычно поступает на строительную площадку отдельными стержнями или в мотках, укрупненными конструктивными элементами в виде сварных сеток, плоских или пространственных каркасов (рис.
3). Арматурные сетки применяют для армирования фундаментов и тонкостенных железобетонных конструкций (плит перекрытий и покрытий, пространственных покрытий, оболочек, стенок бункеров). Их изготавливают из арматурной стали диаметром 3–10 мм в виде плоских изделий длиной до 3700 мм или рулонов массой до 150 кг. Плоские и пространственные каркасы используют при армировании колонн, балок, прогонов и ригелей.
Объемы арматурных работ рассчитываются отдельно для каждого конструктивного элемента здания или сооружения на основании спецификаций. При установке арматуры отдельными стержнями объемы работ исчисляют в тоннах, а при армировании арматурными каркасами – в штуках.
При отсутствии спецификаций на арматурные изделия содержание арматуры в железобетонной конструкции может быть задано коэффициентом армирования равным отношению общей площади поперечного сечения рабочих стержней к площади сечения бетона и выраженному в процентах. Для каждого вида железобетонных конструкций коэффициент армирования имеет свое значение.
Минимальное значение коэффициента для растянутой зоны конструкции зависит от класса бетона, марки арматурной стали и вида арматуры. Для стержней растянутой зоны он может быть задан в пределах 0,1–0,25 %, а для сжатой зоны – до 0,5 %. Зная массу бетона, укладываемого в один блок (конструктивный элемент), и умножив на процент армирования, рассчитывают объем арматуры в килограммах.
Арматурные работы выполняются посредством механизированной укладки или установки в подготовленную опалубку (или на смонтированные сборные железобетонные элементы) готовых арматурных изделий: сеток, плоских или пространственных каркасов. На строительство, как правило, арматурные изделия поступают в виде сеток, плоских каркасов и небольшого количества отдельных стержней. Б монолитных железобетонных конструкциях для армирования плит толщиной до 10 см обычно укладывают арматурные сетки в один ряд. Для конструкций толщиной 12 см и более из сеток и плоских каркасов собирают и сваривают пространственные каркасы, применяемые в стенах, балках, прогонах, ригелях, фундаментах.
Рис.3. Виды арматуры:
а – круглая горячекатаная сталь; б – горячекатаная счаль периодического профили; я – горячекатаная стиль: г – холодно-сплющенная сталь; д– плоский сварной каркас; е – пространстиениый каркас; ж – сварная плоская сетка; э –рулонная сетка.
Если в задании на проектирование указана только интенсивность армирования монолитной железобетонной конструкции, то проектировщик самостоятельно уточняет количество, размеры и массу простанствеиных каркасов.
Размеры пространственного армокаркаса в плане целесообразно принимать (учитывая перевозку на площадку) соответственно размерам кузова бортовой грузовой автомашины или бортового полу-прицепа (табл. 2.17).
Для транспортирования больших объемов крупных арматурных изделий на значительные расстояния используют железнодорожный транспорт.
Если в задании указам процент (от общей массы) арматуры, устанавливаемой отдельными стержнями (например, в местах стыковки армокаркасов), необходимо это учесть при определении массы армокаркасов, собираемых на площадке.
Тогда в ведомость подсчета объемов работ, помимо установки готовых пространственных армокаркасов, включают также установку арматуры вручную отдельными стержнями.
Как указывалось, монолитные железобетонные конструкции толщиной более 12 см армируются пространственными каркасами. При централизованной заготовке арматурных изделий эффективной является перевозка плоских сеток и каркасов и сборка из них пространственных конструкций на строительной площадке непосредственно у места установки. Это позволяет рациональнее использовать габариты и грузоподъемность транспортных средств. Исключением могут быть случаи, когда каркасы густоармированные или в задании на проектирование в спецификацию включены готовые каркасы с указанием размеров и массы.
При укрупнительной сборке пространственных каркасов на площадке они могут достигать гораздо больших размеров и массы, чем привозимые с арматурных заводов. Это позволит повысить коэффициент использования грузоподъемности крана и благодаря уменьшению количества каркасов снизит трудоемкость и сократит сроки работ.
How Reinforced Concrete Works — Engineering Specialists, Inc.
Железобетон (ЖБ) — одно из величайших изобретений человечества в области строительства и конструкций. Благодаря железобетону становятся возможными огромные и сложные конструкции.
Принцип его работы относительно прост, поскольку базовый бетонный композитный материал содержит стальную арматуру для большей прочности и долговечности. Как правило, армирование включает в себя стальные стержни, широко известные как «арматура», которые помещаются внутрь будущего бетонного компонента перед его заливкой. Современный железобетон может использовать различные армирующие материалы, такие как полимеры, сталь или композитный материал.
Понимание того, как работает железобетон
Большинство людей интуитивно знают, что сталь и бетон сами по себе достаточно прочны. Эффективность железобетона обусловлена различиями между тем, как эти два материала ведут себя в одинаковых условиях нагрузки.
Бетон сам по себе является очень хрупким материалом, который может выдерживать большие нагрузки на сжатие, но сравнительно очень слаб при растяжении.
Из-за этого старый простой неармированный бетон не идеален для большинства конструкций, потому что он начнет разрушаться под действием вибраций или других изгибающих нагрузок, таких как ветровая нагрузка.
Сталь, с другой стороны, представляет собой пластичный материал, который может выдерживать огромные напряжения растяжения и сравнительно слаб на сжатие. Преимущества сочетания этих двух материалов становятся очевидными. Заключив стальные стержни в местах, где бетон будет выдерживать самые большие растягивающие напряжения, мы можем создать композитный структурный элемент, чрезвычайно прочный как на сжатие, так и на растяжение.
История железобетона
Многие с удивлением узнают, что были обнаружены основные бетонные конструкции, которым целых 8500 лет. Вступая в более современные эпохи, римляне, как говорят, почти усовершенствовали материал. В качестве примера того, насколько продвинуты их методы, даже полностью современный морской бетон практически не отличается от римских формул!
Бетон, армированный железом, конечно, сначала потребовал изобретения процессов производства стали, которые могли создавать формованные длинные стержни.
К 1850-м годам Франсуа Куанье начал делать первые железобетонные конструкции, многие из которых сохранились до наших дней.
Преимущества железобетона
Железобетон обладает огромными преимуществами, что объясняет, почему он является предпочтительным строительным материалом уже более 100 лет. Прогуляйтесь по любому городу мира, от Лос-Анджелеса до Мумбаи, и вы, скорее всего, окажетесь в джунглях железобетонных конструкций.
Железобетон:
- Исключительно прочный
- Не требует особого обслуживания
- Превосходная тепловая масса
- Огнестойкий
- Можно использовать переработанную сталь и заполнитель
- Можно заливать на месте или собирать заранее
Понимание железобетона
Железобетон бывает монолитным (что означает монолитный) или сборным. Железобетон хорошо подходит для каркасных конструкций, плит, колонн, балок, фундаментов, стен или плит. Любая конструкция или конструктивный элемент, который, как ожидается, будет подвергаться растяжению, может выиграть от железобетона.
Проектирование и монтаж железобетона строго регламентированы и хорошо изучены. Существуют правила для всего: от максимальной площади стали до требуемого прозрачного покрытия выше и ниже арматуры. Железобетон специально разработан таким образом, что сталь начинает прогибаться до того, как бетон разрушится, что служит предупреждением о том, что конструкция испытывает бедствие. Другие правила помогают защитить от коррозии или выкрашивания.
В Американском институте бетона имеется множество публикаций и учебных пособий, чтобы узнать больше, если это интересно.
Судебно-инженерные специалисты
Engineering Specialists Inc. имеет почти 30-летний опыт работы в области анализа повреждений транспортных средств, жилых, коммерческих и промышленных зданий. Мы можем работать над любым проектом в любом штате, по всей стране. Если вам или вашему предприятию необходимо подтвердить размер ущерба или способы устранения проблемы, напишите нам по адресу [email protected] или позвоните нам по бесплатному номеру (877) 559.
-4010.
Связаться для бесплатной консультации.
Зачем армировать бетон? — Практическая инженерия
В прошлом видео мы говорили о бетоне 101 и о том, почему бетон — такой замечательный строительный материал. Но я не упомянул его самую большую слабость.
Чтобы понять самую большую слабость бетона, во-первых, нам нужно немного узнать о механике материалов, что является причудливым способом сказать «Как материалы ведут себя под нагрузкой». Стресс в данном случае относится не к тревоге или экзистенциальному страху, а скорее к внутренним силам материала. Существует три основных типа напряжения: сжатие (сближение), растяжение (растягивание) и сдвиг (скольжение по линии или плоскости). И не все материалы могут одинаково противостоять каждому типу нагрузки. Оказывается, бетон очень прочен на сжатие, но очень слаб на растяжение. Но вы не должны верить мне на слово. Вот демонстрация:
Эти два бетонных цилиндра были отлиты из одной и той же партии, и мы посмотрим, какую нагрузку они выдержат до разрушения.
Все это к тому, что веревку из бетона делать не стоит. На самом деле, без какого-либо способа исправить эту слабость к растягивающему напряжению, вы не должны делать какой-либо конструктивный элемент из бетона, потому что конструктивный элемент редко испытывает только сжатие. В действительности почти все конструкции испытывают смешанные нагрузки. Это не более четко, чем в классическом луче.
Эта особая классическая балка сделана мной из чистого бетона здесь, в моем гараже. Приложение силы к этой балке вызывает развитие внутренних напряжений, и вот как они выглядят: верхняя часть балки испытывает сжимающее напряжение. А нижняя часть балки испытывает растягивающее напряжение. Вы, вероятно, можете догадаться, где произойдет разрушение этой бетонной балки, поскольку я продолжаю увеличивать нагрузку. Это происходит почти мгновенно, но вы можете видеть, что трещина образуется в нижней части балки, где растягивающее напряжение наибольшее, и распространяется вверх, пока балка не разрушится.
Вы видите, к чему я клоню: бетон сам по себе не является хорошим конструкционным материалом. Слишком много источников напряжения, которым он не может противостоять сам по себе. Итак, в большинстве ситуаций мы добавляем армирование для повышения его прочности. Армирование внутри бетона создает композитный материал, при этом бетон обеспечивает прочность против напряжения сжатия, а армирование обеспечивает прочность против напряжения растяжения.
И наиболее распространенным типом арматуры, используемой в бетоне, является деформированная сталь, более известная как арматура.
Я сделал новую балку из пары стальных стержней с резьбой, залитых в нижнюю часть бетона. Эти нити должны действовать точно так же, как деформированные гребни в обычном арматурном стержне, чтобы создать некоторое сцепление между бетоном и сталью. Под прессом первое, что замечаешь, это то, что этот пучок намного прочнее предыдущего. Мы уже значительно превзошли силу, которая подвела неармированный образец. Но второе, что вы замечаете, это то, что сбой происходит немного медленнее. Вы можете легко увидеть, как трещина формируется и распространяется до того, как балка выйдет из строя. На самом деле это очень важная часть армирования бетона сталью. Он меняет тип разрушения с хрупкого режима, когда нет никаких признаков того, что что-то не так, на пластичный режим, когда вы видите образование трещин перед полной потерей прочности. Это дает вам возможность распознать потенциальную катастрофу и, надеюсь, решить ее до того, как она произойдет.
Арматура прекрасно подходит для большинства случаев армирования. Это относительно дешево, хорошо проверено и понятно. Но у него есть несколько недостатков, одним из основных является то, что это пассивное подкрепление. Сталь удлиняется при напряжении, поэтому арматура не может начать работать, чтобы противостоять напряжению, пока у нее не будет шанса растянуться. Часто это означает, что бетон должен треснуть, прежде чем арматурный стержень сможет воспринять какое-либо растягивающее напряжение элемента. Растрескивание бетона не обязательно плохо — в конце концов, мы всего лишь просим бетон сопротивляться сжимающим силам, с которыми он прекрасно справляется с трещинами. Но в некоторых случаях вы хотите избежать трещин или чрезмерного прогиба, который может возникнуть из-за пассивной арматуры. В этих случаях вы можете подумать о переходе на активное армирование, также известное как предварительно напряженный бетон.
Предварительное напряжение означает приложение напряжения к арматуре перед вводом бетона в эксплуатацию.
Один из способов сделать это — натянуть арматуру при заливке бетона. Как только бетон затвердеет, напряжение останется внутри, передавая сжимающее напряжение на бетон за счет трения с арматурой. Большинство бетонных мостовых балок предварительно напрягаются таким образом. Проверьте всю эту арматуру в нижней части этой балки. Другой способ предварительного напряжения арматуры называется пост-натяжением. В этом методе напряжение в арматуре создается после затвердевания бетона. Для следующего образца я залил в бетон пластиковые втулки. Стальные стержни могут плавно скользить в этих втулках. Как только балка затвердела, я затянул гайки на стержнях, чтобы натянуть их. Под прессом эта балка была ничуть не прочнее, чем традиционно армированная балка, но потребовалось большее давление, прежде чем образовались трещины. Кроме того, это было не так драматично, потому что вместо самих стальных стержней вышла из строя резьба на гайках.
Я надеюсь, что эти демонстрации помогли показать, почему армирование необходимо для большинства применений бетона — для повышения прочности на растяжение и изменения режима разрушения с хрупкого на пластичный.
