27. Чем определяется расчетное сопротивление арматуры сжатию?                 

Определяется предельной сжимаемостью бетона ebu = 2×10–3 (рис. 1). Поскольку, благодаря сцеплению, арматура деформируется совместно с бетоном (esc = ebu), предельные напряжения в ней ssc,u = esc×Es =  =2×10–3×200×103 = 400 МПа, отсюда и Rsc = 400МПа. Если приложенная нагрузка действует длительно, то за счет ползучести предельная сжимаемость возрастет до 2,5×10–3, соответственно и Rsc = 500МПа. При этом, разумеется, Rsc не может превышать расчетного предела текучести стали, т.е. Rsc ≤ Rs. Заметим, что указанные расчетные значения ebu приняты одинаковыми для бетона всех классов. На самом деле, со снижением класса бетона его деформативность увеличивается, растет и ebu.

28. Почему ограничивают расстояния между арматурными стержнями в конструкциях?

Вызвано это условиями бетонирования: при слишком малых расстояниях зерна крупного заполнителя могут застрять между стержнями (канатами, проволокой) и препятствовать качественной укладке и уплотнению бетонной смеси. А некачественное бетонирование приводит к ослаблению сечений, ухудшению сцепления арматуры и т.д. Поэтому Нормы вводят такие предписания: если при бетонировании стержни занимают горизонтальное положение, то расстояния в свету должны быть не менее 25 мм для нижних и не менее 30 мм для верхних стержней; если стержни при бетонировании занимают вертикальное положение, то – не менее 50 мм, и во всех случаях – не менее самого большого диаметра среди соседних стержней.

Когда эти предписания не удается выполнить (например, при ограниченных размерах сечения или при большой насыщенности арматурой), то можно устанавливать стержни попарно, вплотную друг к другу – такое решение Нормы допускают.

2. Преднапряженный железобетон

29. Что такое предварительно напряженный железобетон?

Это железобетон (элемент, конструкция), в котором до приложения внешней нагрузки искусственно создают внутренние напряжения, чаще всего, противоположные по знаку тем напряжениям, которые будут возникать при действии внешней нагрузки.

30. Как создают преднапряжение?

Создают, в основном, за счет предварительного напряжения рабочей арматуры двумя способами. 1-й способ: заранее бетонируют конструкцию, оставляют в ней каналы, в них пропускают арматуру (пучки из проволок, канаты, стержни); после набора бетоном необходимой прочности арматуру натягивают, а ее концы закрепляют на торцах конструкции. Одновременно с натяжением арматуры происходит сжатие (обжатие) бетона. Поскольку усилие натяжения Р передается на затвердевший бетон, способ называется “натяжением на бетон” (рис. 13,а).

2-й способ: вначале натягивают арматуру и закрепляют ее концы на упорах стенда или формы, затем бетонируют изделие, а после набора бетоном необходимой прочности отпускают с упоров арматуру. Упруго укорачиваясь, арматура обжимает бетон за счет сил сцепления. Этот способ называется “натяжением на упоры” (рис. 13,б).

Преднапряжение можно создать и с помощью напрягающего цемента НЦ, при твердении которого бетон не уменьшается, а увеличивается в объеме, удлиняя за собой и арматуру: в ней возникают растягивающие напряжения, а сама она воздействует на бетон в виде сжимающих сил. Этот способ пока имеет очень ограниченное применение.

Рис. 13

31. Какая польза в преднапряжении железобетона?

Польза в повышении трещиностойкости и жесткости конструкций. Сравним, как ведут себя балки с обычной S и напрягаемой Sр арматурой (рис. 14). У первой балки (а) прогиб f начинается с нуля и растет по мере роста нагрузки F. У второй балки (б) до приложения нагрузки F от действия силы обжатия Р уже имеется выгиб (отрицательный прогиб) fcp. Очевидно, что при одинаковом значении F прогиб второй балки будет меньше прогиба первой. Подобное же влияние оказывает преднапряжение и на трещиностойкость (см. вопрос 50). Кроме того, преднапряжение позволяет применять высокопрочные бетоны и арматуру, что дает снижение расхода материалов и собственной массы конструкции.

Рис. 14

32. Влияет ли преднапряжение на прочность конструкций?

Прямо, непосредственно – нет. Из рис. 15 видно, что после образования трещин вся растягивающая сила N воспринимается только арматурой. Ее несущая способность Nsu = RsAs и определяет прочность элемента, независимо от того, был он преднапряженным или нет.