Сущность железобетона

Понятие о железобетонных конструкциях

Бетон–искусственный камень, образующийся в результате твердения специально подобранной смеси, состоящей из цемента, заполнителей, воды и добавок. Бетон как каменный материал хорошо работает на сжатие и в 10…20 раз хуже на растяжение, так бетонная балка при изгибе (рис. 1, а) имеет очень низкую несущую способность, разрушаясь со стороны растянутой зоны.

Поэтому в растянутой зоне железобетонных конструкций, где возможно раннее образование трещин, устанавливают стальную арматуру, которая одинаково хорошо работает как на сжатие, так и на растяжение, препятствуя дальнейшему разрушению конструкции.

Железобетонная балка, (рис. 1, б), в которой растягивающие усилия воспринимаются установленной внизу арматурой, обладает несущей способностью в 20 раз большей, чем несущая способность бетонной балки одинаковой прочности и размеров.

Рис. 1. Схема разрушения балки при действии нагрузки: а) – бетонной;

б) – железобетонной; 1 – нейтральная плоскость; 2 – сжатая зона;

3 – растянутая зона; 4 – нормальные трещины; 5 – наклонные

трещины; 6 – стальная арматура

Железобетон– комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, работающих совместно. При совместной работе двух материалов одинаковыми для них являются деформации, по которым рассчитывают напряжения в бетоне и арматуре.

Связь между напряжениями и деформациями была установлена в 1678 г. английским ученым Р. Гуком. Схемы деформирования упругого стержня при осевом растяжении и при изгибе показаны на рис 2. 3.

Рис. 2. Схема деформирования упругого стержня при растяжении

Рис. 3. Схема деформирования упругого стержня при изгибе

Формула закона Гука имеет вид

σ = Еε,

где ε = Dl / l – удлинение стержня при его деформации, отнесенное к первоначальной длине;

Е – модуль упругости материала.

Совместность работы бетона и стальной арматуры обеспечивается выгодным сочетанием физико-механических свойств этих материалов:

а) значительными силами сцепления, возникающими между ними;

б) бетон защищает арматуру от коррозии при эксплуатации;

в) бетон и арматура имеют практически одинаковые коэффициенты линейного температурного расширения (бетон – λ = 1,0…1,5 10^-5, арматура – λ = 1,2 10^-5).

Достоинства железобетона:

а) надежность – способность конструкций сохранять свои эксплуатационные качества в течение запроектированного срока службы;

б) индустриальность – возможность механизированного и автоматизированного изготовления конструкций, а также их монтажа;

в) эффективность совместной работы бетона и арматуры: высокая прочность бетона при сжатии (до 40 МПа), а арматуры – на растяжение (от 240 до 1500 МПа);

г) огнестойкость – способность сохранять прочность при температурах до 1100^оС (металлические конструкции до 700^оС);

д) долговечность – повышенная способность противостоять агрессивным воздействиям окружающей среды;

е) возможность изготавливать конструкции различной формы;

ж) большая жесткость и устойчивость сооружений из железобетона;

и) местный строительный материал

к) экологическая безопасность при производстве железобетонных конструкций и их эксплуатации.

Недостатки железобетона:

а) большая плотность (ρ = 2500 кг/м³);

б) низкая трещиностойкость конструкций: в растянутой зоне бетона возникают трещины при относительно небольших нагрузках (около 10% от разрушающей);

в) низкая ремонтнопригодность – существенные трудности, возникающие при ремонте и восстановлении железобетонных конструкций.