Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Арматура. Виды, классы, свойства. Арматурные изделия

20.12.2018


Арматура в железобетонных конструкциях в виде гибких стальных стержней, проволоки, проката, служит для восприятия расчетных усилий растяжения (при обосновании — и сжатия), и ряда нерасчетных усилий — усадочных и др. В соответствии с функциями арматуру делят на рабочую (рассчитываемую на восприятие усилий от внешних нагрузок), монтажную (устанавливаемую без расчета по конструктивным и технологическим соображениям, например, для обеспечения проектного положения рабочей арматуры), конструктивную (для восприятия не учитываемых при расчете усилий — от усадки, ползучести, температурных и пр.). Иногда в арматуре объединяют функции рабочей и монтажной арматуры — например, в поперечной арматуре приопорных зон балок (эта арматура и рабочая поперечная, и монтажная) (рис. 2.2).

Лучше всего арматуру ориентировать по направлениям траекторий главных напряжений (то есть криволинейно); но из условия технологичности рабочую арматуру устанавливают в соответствии с эпюрами внешних усилий в виде прямых стержней во взаимно ортогональных направлениях, и потому делят на продольную (воспринимающую продольные силы) и поперечную (служащую для восприятия поперечных сил). Поперечную арматуру выполняют при обосновании в виде отогнутых стержней, если недостаточна прочность вертикальных поперечных стержней, более технологичных из условия автоматической сварки на заводах. В предварительно напряженных монолитных конструкциях возможна постановка криволинейно расположенной рабочей арматуры по направлениям действия главных растягивающих напряжений (она заменяет продольную и поперечную арматуру).

Арматуру располагают внутри бетона на расстоянии защитного слоя бетона от наружной поверхности элементов. Это обеспечивает не только защиту арматуры от ряда воздействий (коррозия, высокая температура), но и совместную работу арматуры и бетона. При некоторых видах напряженного состояния (например, изгиб) бетон защитного слоя не участвует в работе, поэтому с целью экономии бетона предложены конструкции с внешним армированием в виде проката — полос, уголков и пр. Для армирования железобетонных конструкций следует применять отвечающую требованиям соответствующих стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий арматуру следующих видов: горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (кольцевой и серповидный профили соответственно) диаметром 6—50 мм; термомеханически упрочненную периодического профиля диаметром 6—50 мм; холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3—16 мм; арматурные канаты диаметром 6—18 мм. Основным показателем качества арматуры, устанавливаемым при проектировании, является класс арматуры по прочности на растяжение, обозначаемый: А — для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры; В — для холоднодеформированной арматуры; К — для арматурных канатов. Арматурные канаты подразделяются на: К7, изготовленные из круглой гладкой проволоки; К7Т, изготовленные из проволоки периодического профиля; К70, пластически обжатые, изготовленные из гладкой проволоки (рис. 2.3).

Арматуру подразделяют на ненапрягаемую (без начальных напряжений) и напрягаемую (с начальными растягивающими напряжениями, передающимися на бетон). Ненапрягаемую арматуру обычно конструируют в виде арматурных изделий — сварных или вязаных сеток и каркасов (рис. 2.4). Сварные изделия обычно изготовляют при помощи контактной точечной сварки на сварочных автоматах, подающих стержни для сварки перпендикулярно друг другу (в конструкции они расположены под углом 90°). Сварные сетки изготовляют плоскими (наибольший диаметр стержней периодического профиля 10 мм, ширина до 3,8 м) или рулонными (с диаметром стержней до 7 мм, шириной до 3,63 м, длиной из условия массы рулона до 1300 кг). В сетках регламентируется соотношение между диаметрами свариваемых стержней. В напрягаемой арматуре используют сталь высоких классов, изделия из высокопрочной проволоки — пучки, пряди, канаты. В конструкциях, эксплуатируемых при статической нагрузке в отапливаемых зданиях, а также на открытом воздухе и в не отапливаемых зданиях при расчетной температуре минус 40°С и выше, может быть применена арматура всех вышеуказанных классов, за исключением арматуры класса А240 марки стали СтЗкп, которую применяют при расчетной температуре минус 30°С и выше. При других условиях эксплуатации класс арматуры и марку стали принимают по специальным указаниям.

Согласно, основным показателем качества арматуры, устанавливаемым при проектировании, является класс арматуры по прочности на растяжение. Классы арматуры по прочности на растяжение отвечают гарантированному значению предела текучести, физического или условного (равного значению напряжений, соответствующих остаточному относительному удлинению 0,1 или 0,2%), с обеспеченностью не менее 0,95, определяемому по соответствующим стандартам. Кроме того, в необходимых случаях арматура должна удовлетворять требованиям по дополнительным показателям качества: свариваемость, пластичность, хладостойкость, коррозионная стойкость, характеристики сцепления с бетоном и др.

Для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры в качестве расчетной арматуры преимущественно применяют арматуру периодического профиля классов А400, А500 и А600, а также арматуру классов В500 и Вр500 в сварных сетках и каркасах. При обосновании экономической целесообразности допускается применять арматуру более высоких классов. При выборе вида и марок стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей, нужно учитывать температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения. Для поперечного и косвенного армирования следует преимущественно применять гладкую арматуру класса А240 из стали марок Ст3сп и Ст3пс (с категориями нормируемых показателей не ниже 2 по ГОСТ 535), а также арматуру периодического профиля классов А400, А500, В500 и Вр500.

Для предварительно напряженных железобетонных конструкций предусматривают в качестве напрягаемой арматуры: горячекатаную и термомеханически упрочненную периодического профиля классов А600, А800 и А1000; холоднодеформированную периодического профиля классов от Bр 1200 до Bр 1600; канатную 7-проволочную классов К1400, К1500, К1600, К1700; в качестве ненапрягаемой арматуры — горячекатаную гладкую класса А240; горячекатаную, термомеханически упрочненную и холоднодеформированную периодического профиля классов А400, А500, А600, В500 и Вр 500.

При назначении длины анкеровки арматуры в бетоне и соединений арматуры внахлестку (без сварки) принимают во внимание характер поверхности арматуры. При проектировании сварных соединений арматуры учитывают способ ее изготовления. При выборе вида и марок стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей учитывают температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения. В конструкциях, эксплуатируемых при статической (и квазистатической) нагрузке в отапливаемых зданиях, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при расчетной температуре минус 40°С и выше может быть применена арматура всех вышеуказанных классов, за исключением арматуры класса А400 из стали марки 35ГС, класса А240 из стали марки Ст3кп, применяемых при расчетной температуре минус 30°С и выше. При расчетной температуре ниже минус 55°С рекомендуется использовать арматуру класса Ас500С и А600 из стали марки 20Г2СФБА. При других условиях эксплуатации класс арматуры и марку стали принимают по специальным указаниям. При проектировании зоны передачи предварительного напряжения, анкеровки арматуры в бетоне и соединений арматуры внахлестку (без сварки) учитывают характер поверхности арматуры (ГОСТ P 52544). Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное значение сопротивления растяжению; нормативные Rs,n и расчетные Rs значения сопротивления растяжению ненапрягаемой и напрягаемой арматуры приведены в табл. 2.10.

Для монтажных (подъемных) петель элементов сборных железобетонных и бетонных конструкций следует применять горячекатаную арматурную сталь класса А240 марок Ст3сп и Ст3пс (с категориями нормируемых показателей не ниже 2 по ГОСТ 535). В случае если монтаж конструкций возможен при расчетной зимней температуре ниже минус 40°С, для монтажных петель не допускается применять сталь марки Ст3пс. Расчетные значения сопротивления ненапрягаемой и напрягаемой арматуры растяжению R определяют по формуле

где ys — коэффициент надежности по арматуре, принимаемый для предельных состояний первой группы: ys = 1,1 — для арматуры классов А240 и А400; 1,15 — для арматуры классов А500, А600 и А800; 1,2 — для арматуры классов А1000, Вр1200...Вр1500, К1400, К1500; для предельных состояний второй группы — 1,0.

Расчетные значения сопротивления ненапрягаемой и напрягаемой арматуры растяжению Rs даны с округлением для предельных состояний первой и второй группы. При этом значения Rsn для предельных состояний первой группы приняты равными наименьшим контролируемым значениям по соответствующим ГОСТ. Расчетные значения сопротивления арматуры сжатию Rsc принимают равными расчетным значениям сопротивления арматуры растяжению Rs, но не более значений, отвечающих деформациям укорочения бетона, окружающего сжатую арматуру: при кратковременном действии нагрузки не более 400 МПа, при длительном действии нагрузки — не более 500 МПа. Для арматуры классов В500 и А600 граничные значения сопротивления сжатию принимаются с коэффициентом условий работы равным 0,9. В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик арматуры умножают на коэффициенты условий работы уsi, учитывающие особенности работы арматуры в конструкции. Расчетные значения сопротивления хомутов и отогнутой поперечной арматуры классов А600...А1000, Вр1200...Вр1500 и канатной Rsw принимают не более 0,8osp (с учетом всех потерь) и не более 300 МПа (в расчетах принимают большее из указанных значений). Расчетные сопротивления поперечной арматуры даны в табл. 2.11.

Основными деформационными характеристиками арматуры являются значения относительных деформаций удлинения арматуры es при достижении напряжениями расчетного сопротивления Rs; модуля упругости арматуры Es. Значения относительных деформаций арматуры es определяют как упругие при значении сопротивления арматуры R . Значения относительных деформаций арматуры еso принимают: для арматуры с физическим пределом текучести es0 = Rs/Es, для арматуры с условным пределом текучести es0 = (Rs/Es) + 0,002. Значения модуля упругости арматуры E принимают одинаковыми при растяжении и сжатии и равными: E5 = 1,95*10в5 МПа — для арматурных канатов (К); E = 2,0*10в5 МПа — для остальной арматуры (А и В).

При расчете железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели в качестве расчетной диаграммы состояния (деформирования) арматуры, устанавливающей связь между напряжениями os и относительными деформациями es арматуры, принимают упрощенные диаграммы по типу диаграмм Прандтля для арматуры с физическим пределом текучести классов А240—А500, В500 двухлинейную диаграмму (рис. 2.5, а), а для арматуры с условным пределом текучести классов А600—А1000, Вp 1200-Вp 1500, К1400, К1500 и К1600 - трехлинейную (рис. 2.5, б), без учета упрочнения за площадкой текучести.

Диаграммы состояния арматуры при растяжении и сжатии принимают одинаковыми, с учетом нормируемых расчетных сопротивлений арматуры растяжению и сжатию. Допускается в качестве расчетных диаграмм состояния арматуры использовать криволинейные расчетные диаграммы, аппроксимирующие фактические диаграммы деформирования арматуры. Напряжения в арматуре os согласно двухлинейной диаграмме состояния арматуры определяют в зависимости от относительных деформаций es по формулам:

Значения es0, Es и Rs принимают согласно п.п. 6.2.11, 6.2.12 и 6.2.8 Свода правил. Значения относительной деформации es2 принимают равными 0,025. Допускается при соответствующем обосновании принимать величину относительной деформации es2 менее или более значения 0,025 в зависимости от марки стали, типа армирования, критерия надежности конструкции и других факторов. Напряжения в арматуре os согласно трехлинейной диаграмме состояния арматуры определяют в зависимости от относительных деформаций еs по формулам:

Значения es0, Es и Rs принимают согласно п.п. 6.2.11, 6.2.12 и 6.2.8 [CG]. Значения напряжений о принимают равными 0,9Rs, а напряжений Os2 —1,1./? . Значения относительных деформаций es1 принимают равными 0,9Rs/Es, а деформаций es2 — равными 0,015. Арматурные стали принципиально различаются по важнейшему свойству — пластичности, характеризуемой величиной удлинения при испытаниях на растяжение (рис. 2.6), и определяемой испытаниями на загиб в холодном состоянии вокруг оправки, имеющей толщину в 3...5 диаметров стержня арматуры. Мягкие стали обладают площадкой текучести, при которой деформации растут без существенного увеличения нагрузки. Напряжение в арматуре при этом соответствуют физическому пределу текучести oy. Арматура из мягких сталей (более низкой прочности) имеет характерную горизонтальную часть (площадку текучести) графика деформирования. Введением углерода и легирующих добавок в сталь достигают повышения прочности и снижения удлинения. Высокопрочная арматура из твердых сталей не имеет площадки текучести. Прочность арматуры повышают также термическим упрочнением и холодным деформированием (искусственной вытяжкой, при которой выбираются пластические деформации).

Пластические свойства арматурных сталей играют большую роль в работе конструкций. Так, благоприятное для многопролетных балок перераспределение напряжений в рабочей арматуре между опорами и пролетом возможно только при применении сталей, имеющих площадку текучести, как и предельное равновесие с образованием пластических шарниров для статически неопределимых конструкций.

Для обоснованного выбора класса арматуры нужно учитывать множество других важных свойств — таких, как свариваемость (надежность сварного соединения; нельзя сваривать стали, упрочненные термической обработкой и вытяжкой), хладноломкость (склонность к хрупкому разрушению при температурах ниже 30°С); изменение свойств при высокотемпературном нагреве (отжиг, потеря наклепа для стали, упрочненной вытяжкой); ползучесть, релаксация, усталостное разрушение, динамическая прочность.

Особый интерес представляет применение напрягаемой арматуры в конструкциях. Преднапряженные конструкции отличаются от конструкций с обычной арматурой многими параметрами — они характеризуются высокой жесткостью и трещиностойкостью (что позволяет перекрывать большие пролеты), сниженным расходом арматурной стали (ввиду ее более высокой прочности), возможностью применения более высокопрочного бетона. Железобетонные изделия с напрягаемой арматурой изготавливают тремя способами: натяжением арматуры на упоры (обычно в заводских условиях), натяжением на бетон (при введении напрягаемой арматуры в специальные каналы внутри изготовленного изделия с последующим ее натяжением и инъекцией канала раствором), и с помощью самонапряжения, с использованием специального вида напрягающего цемента НЦ, который обладает свойством значительного расширения в конце твердения, когда он растягивает арматуру при расширении. При проектировании зоны передачи предварительного напряжения, анкеровки арматуры в бетоне и соединений арматуры внахлестку (без сварки) учитывают характер поверхности арматуры. Предварительные напряжения арматуры osp принимают не более 0,9Rs,n для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры и не более 0,8Rs,n для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов. При расчете предварительно напряженных конструкций учитывают снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия натяжения на бетон (вторые потери). Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкций, потери от деформации анкеров и деформации формы (упоров). Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести бетона.

Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры зависят от способа натяжения и вида арматуры. Потери от релаксации напряжений арматуры Aosp1 определяют по следующим формулам для арматуры классов А600—A1000 при способе натяжения: механическом Aosp1 = 0,1osp — 2,0; электротермическом Aosp1 = 0,03osp; для арматуры классов Вр1200...Вр1500, К1400, К1500 при способе натяжения: механическом Aosp1 = [(0,22osp/Rs,n) — 0,1]osp; электротермическом Aosp1, = 0,05osp.

Здесь osp принимается без потерь в МПа. При отрицательных значениях Aosp1 принимают Aosp1 = 0. При наличии более точных данных о релаксации арматуры допускается принимать иные значения потерь от релаксации.

Потери Aosp2 (МПа) от температурного перепада At (°С), определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона, принимают равными Aosp2 = 1,25At. При отсутствии точных данных по температурному перепаду допускается принимать At = 65 °С. При наличии более точных данных о температурной обработке конструкции допускается принимать иные значения потерь от температурного перепада. Потери от деформации стальной формы (упоров) Aosp3 при неодновременном натяжении арматуры на форму определяют по формуле

где n — число стержней (групп стержней), натягиваемых не одновременно; Al — сближение упоров по линии действия усилия натяжения арматуры, определяемое из расчета деформации формы; l — расстояние между наружными гранями упоров. При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать Aosp = 30 МПа. При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации формы не учитывают.

Потери от деформации анкеров натяжных устройств Aosp4 определяют по формуле

где Al — обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров; l — расстояние между наружными гранями упоров. При отсутствии данных допускается принимать Al = 2 мм. При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации анкеров не учитывают.

Потери от усадки бетона Aosp5 определяют по формуле

где eb,sh — деформации усадки бетона, значения которых можно приближенно принимать в зависимости от класса бетона равными 0,0002 — для бетона классов < В35; 0,00025 — для бетона класса В40; 0,0003 — для бетона классов > В45. Допускается потери от усадки бетона определять более точными методами. Потери от ползучести бетона Aosp6 определяют по формуле

где фb,cr — коэффициент ползучести бетона, определяемый по табл. 5.5; obpj — напряжения в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j-й группы стержней напрягаемой арматуры; уsj — расстояние между центрами тяжести сечения рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента; Ared, Ired — площадь приведенного сечения элемента и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения; р — коэффициент армирования, равный Аspj/А, где А и Аspj — площади поперечного сечения соответственно элемента и рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры. Допускается потери от ползучести бетона определять более точными методами. Напряжения оbpj определяют по правилам расчета упругих материалов, принимая приведенное сечение элемента, включающее площадь сечения бетона и площадь сечения всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к бетону a = E/Eb. Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры определяют по формуле

где i — номер потерь предварительного напряжения.

Усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь

где Аspj, osp(1)j — площадь сечения j-й группы стержней напрягаемой арматуры в сечении плиты и предварительное напряжение в группе с учетом первых потерь; osp(1)j = ospj - Aosp(1)j; ospj — начальное предварительное напряжение рассматриваемой группы стержней арматуры.

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры определяют по формуле

Усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь

При проектировании конструкций полные суммарные потери Aosp(2)j. для арматуры, расположенной в растянутой при эксплуатации зоне сечения элемента, принимают не менее 100 МПа. При определении усилия предварительного обжатия бетона P с учетом полных потерь напряжений учитывают сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре, численно равные сумме потерь от усадки и ползучести бетона на уровне этой арматуры. Напряжения в бетоне obp определяют по формуле

где P(1) — усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь; M — изгибающий момент от внешней нагрузки, действующей в стадии обжатия (собственного веса элемента); еop — эксцентриситет усилия P(1) относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента; у — расстояние от центра тяжести приведенного сечения до рассматриваемого волокна.

Длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле

но не менее 10ds и 200 мм, а для арматурных канатов — не менее 300 мм. Здесь asp — предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь; Rbond — сопротивление сцепления напрягаемой арматуры с бетоном, отвечающее передаточной прочности бетона и определяемое по правилам анкеровки арматуры (см. ниже); A , us — площадь и периметр стержня арматуры. Передачу предварительного напряжения с арматуры на бетон рекомендуется осуществлять плавно.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: