Конструирование

Железобетон представляет собой комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальных стержней, работающих в конструкции совместно в результате сил сцепления. Известно, что бетон хорошо сопротивляется сжатию и значительно слабее растяжению (в 10–20 раз меньше, чем при сжатии), а стальные стержни имеют высокую прочность, как при растяжении, так и при сжатии. Основная идея железобетона и состоит в том, чтобы рационально использовать лучшие свойства составляющих материалов при их совместной работе. Поэтому арматуру располагают так, чтобы возникающие в железобетонном элементе растягивающие усилия воспринимались в большей степени арматурой. В изгибаемых элементах, например в плитах, балках, настилах и др., основную арматуру размещают в нижней, растянутой зоне сечения, а в верхней, сжатой зоне ее либо совсем не ставят, либо ставят небольшое количество, необходимое для конструктивной связи стержней в единые каркасы и сетки.

Благодаря многочисленным положительным свойствам железобетона – долговечности, огнестойкости, высокой прочности и жесткости, плотности, гигиеничности и сравнительно небольшим эксплуатационным расходам конструкции из него широко применяют во всех областях строительства.

В предварительно напряженных элементах находятся две зоны, в бетоне которых могут возникать большие сжимающие напряжения. Кроме сжатой от внешней нагрузки зоны сильному предварительному обжатию подвергается растянутая от внешней нагрузки зона. По этой причине наиболее рациональной формой поперечного сечения таких элементов является двутавр и ему подобные сечения, например коробчатые. При натяжении арматуры на упоры обычно вся напрягаемая арматура является прямой, тогда как при ее натяжении на бетон часть стержней отгибается к верху изгибаемых элементов.

Отгибы снижают растягивающие предварительные напряжения в бетоне и повышают сопротивление элементов в наклонных сечениях. Выбор схемы и способа натяжения арматуры в статически неопределимых конструкциях осуществляется с учетом требований по избеганию возникновения усилий, снижающих треищностойкость и прочность элементов. При выборе минимальных расстояний между стержнями, канатами и проволоками должны учитываться габариты натяжных приспособлений. При натяжении арматуры на бетон расстояние в свету между каналами должно быть не менее диаметра канала и не менее 50 мм. Если применяется напрягаемая поперечная арматура, то она натягивается на бетон ранее продольной усилием не менее 15% усилия предварительных напряжении в арматуре растянутой от внешней нагрузки зоны.

У концов напрягаемой арматуры растянутой зоны должны быть установлены сварные сетки диаметром > 4 мм, охватывающие все продольные стержни арматуры, дополнительные хомуты диаметром > 5 мм с шагом 50-100 мм и т. д. Они распределяются на длину участка, составляющую не менее 60% длины зоны передачи предварительных напряжений. При наличии анкерных устройств длина данного участка принимается не менее двойной длины анкера. Ненапрягаемая поперечная арматура приваривается к закладным деталям. В некоторых случаях целесообразно заменить дополнительное поперечное армирование приопорных зон предварительно напряженных элементов фибробетоном. Все выше упомянутые меры способствуют повышению сопротивляемости обжатого бетона и анкеровки напрягаемой арматуры.

При применении напрягаемой арматуры в виде горячекатаных стержней стальные опорные детали и сварные сетки в концевых зонах элементов могут не применяться. Однако в данном случае толщина защитного слоя бетона элементов повышается до 40 мм и должна быть не менее 2d и 3d для арматурной стали классов соответственно A-IV и A-V.

Целесообразно принимать меры по усилению сетками или стальными закладными деталями бетона под анкерами напрягаемой арматуры. Это способствует снижению местных напряжений в бетоне и позволяет избежать образования трещин. С целью ограничения раскрытия предварительных нормальных трещин в верхней зоне концевых участков элементов здесь устанавливается дополнительная ненапрягаемая продольная арматура. Ее длина должна быть не менее двух высот элемента, а площадь сечения А>0,002А, где А — площадь опорного сечения элемента. К ненапрягаемым продольным стержням, как правило, крепится поперечная арматура. Продольные стержни располагаются ближе к наружным поверхностям элементов, чтобы хомуты могли охватывать напрягаемую арматуру.

В сборно-монолитных железобетонных конструкциях требуется обеспечивать хорошее сцепление сборных предварительно напряженных элементов с бетоном. Поэтому форма поперечного сечения сборных элементов подбирается из условий обеспечения максимальной поверхности их контакта с монолитным бетоном и эффективного использования предварительных напряжений.