12. В чем различие между текучестью стали и ползучестью бетона?

Текучесть проявляется только по достижении определенных напряжений (spl), а ползучесть – при любых напряжениях. Деформации ползучести тем больше, чем выше напряжения в бетоне и чем продолжительнее действует нагрузка. Деформации текучести проявляются очень быстро, в течение всего нескольких минут, а деформации ползучести могут длиться годами.

Рис.9, Рис.10

13. Почему для монтажных петель применяют сталь класса А-I  и почти не применяют сталь других классов?

Вовсе не потому, что стержни А-I имеют гладкий профиль, а потому, что у этой стали самые высокие пластические свойства, которые позволяют загибать стержни с малыми радиусами кривизны. Если аналогичные петли изготавливать из “твердой” (высокопрочной) стали, то в них образуются трещины, которые приведут к излому петель, если не в процессе изготовления, то в процессе подъема самой конструкции, что особенно опасно.

14. Что такое релаксация напряжений стали и когда она проявляется?

Релаксация заключается в том, что при зафиксированной деформации esp (например, в растянутом силой Р стержне, неподвижно закрепленном по концам) напряжения ssp через некоторое время падают на величину Dssp (рис. 10). Релаксация – результат пластических свойств стали. У “твердой” стали она проявляется при напряжениях выше предела пропорциональности, у “мягкой” – выше предела текучести. Релаксацию учитывают при проектировании преднапряженного железобетона, когда определяют потери напряжений в натянутой арматуре.

15. Для чего нужно сцепление арматуры с бетоном?

Нужно для обеспечения их совместных деформаций. При отсутствии сцепления арматура никакой пользы не принесет – бетон будет работать сам по себе, а арматура лишь служить балластом. Без сцепления арматуру можно применять в преднапряженных конструкциях, размещая ее в специальных каналах (а иногда даже снаружи конструкции) и передавая усилие ее предварительного натяжения на бетон через концевые анкера – арматура здесь выполняет роль внешней силы, разгружающей конструкцию. Следует, однако, оговориться, что такую арматуру можно применять только при условии ее надежной защиты от коррозии.

16. От чего зависит сцепление?

От нескольких факторов, главные из которых: силы склеивания цементного камня с поверхностью металла, силы трения, вызванные усадкой бетона, и силы механического зацепления выступов арматуры за бетон (последние – у арматуры периодического профиля). Эти силы Тсц препятствуют проскальзыванию арматуры относительно бетона и направлены в сторону, противоположную направлению смещения арматуры. Они являются реакцией противодействия и в сумме равны продольному усилию в стержне: S Тсц = Ns. Очевидно, что сцепление лучше у арматуры периодического профиля и хуже у гладких стержней, особенно с промасленной, грязной или ржавой поверхностью. На практике пользуются не сосредоточенными силами Тсц, а касательными напряжениями   tсц = Тсц /Асц, где Асц– площадь поверхности контакта арматуры и бетона.

17. Чем характеризуется сцепление?

Характеризуется длиной зоны анкеровки lan, т.е. такой длиной заделки арматуры в бетоне, которая обеспечивает полное использование  прочности  стали.  Иначе  говоря, если стержень заделан на величину lx ³ lan, то выдернуть его из бетона невозможно, он разорвется или потечет в другом месте при усилии Ns1 = RsAs; если на величину lx< lan, то он выдернется при усилии Ns2 = RsAs(lx / lan), недоиспользовав свою прочность (рис. 11).

Рис. 11

В последнем случае говорят, что стержень слабо заанкерен в бетоне. (Шутливый пример: если при выдергивании морковки у нее обрывается ботва, это значит, что морковка хорошо “заанкерена” в грядке.)                  

Чем лучше сцепление, тем выше tсц, тем меньше lan. Эпюра tсц для простоты расчетов принимается прямоугольной, а эпюра Ns соответственно треугольной, хотя в действительности обе они криволинейны (пунктирные линии на рис.11). Длину зоны анкеровки определяют по эмпирической зависимости lan = (wanRs /Rb + Dlan)d, где wan и Dlan – коэффициенты, учитывающие профиль арматуры и характер усилий (сжатие или растяжение), d – диаметр стержня, Rs и Rb.– расчетные сопротивления арматуры и бетона. Задача конструктора состоит в том, чтобы обеспечить заделку арматуры по обе стороны опасного сечения на величину не менее lan.

18. Почему величина lan зависит от диаметра арматуры?

При увеличении диаметра вдвое площадь сечения увеличивается вчетверо; вчетверо (при той же прочности) увеличивается и усилие в стержне. Чтобы удержать этот стержень в бетоне от выдергивания, нужно вчетверо больше сил сцепления, в то время как периметр, а значит, и площадь контакта арматуры с бетоном возросли только вдвое. Следовательно, нужно еще вдвое увеличить площадь контакта, т.е. вдвое увеличить длину анкеровки.

В процессе эскизного конструирования при армировании наиболее распространенной сталью класса A-III можно пользоваться простыми зависимостями: для растянутой арматуры lan= 40d, для сжатой lan= 30d, для растянутых стыков внахлестку lan= 50d, для сжатых стыков lan= 35d. Окончательное решение, разумеется, следует принимать с учетом формулы, приведенной в ответе 17.