Железобетон

Анкеровка арматуры в бетоне

В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне —анкеровка — достигается запуском арматуры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помощью анкерных устройств.

Ненапрягаемая арматура из гладких стержней клас­са A-I снабжена на концах анкерами в виде полукруг­лых крюков диаметром 2,5 D, а в конструкциях из бето­нов на пористых заполнителях — диаметром 5 D (рис. 1.29, а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, по­этому их применяют без крюков на концах. Арматурные стержни периодического профиля обладают значитель-

Но лучшим сцеплением с бетоном, их применяют без крюков на концах.

Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сече­ние, в котором она учитывается с полным расчетным со - ' противлением на длину зоны анкеровки

(1.20)

La

[Won (Rs/Rb) + Man]d,

НО ме менее Lan—Hand,

ГАЄ Wan, ДAn, Bin, 3 ТЭКЖе ДОПуСТИМОе МИНИМЭЛЬНОе ЗНаЧЄННЄ Lan ОП -

67

Ределяют по табл. 1.2; R* — расчетное сопротивление арматуры (см. гл. II); Rb — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (см. гл. 11); D — диаметр стержня.

Таблица 1.2. К определению ддниы анкеровкн /вв ненапрягаемых стержней периодического профиля

Если стержни заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором они используются с не-

5*
полным расчетным сопротивлением, то при определении lan значение Rs умножают на отношение площадей се­чения арматуры, необходимой при полном использовании расчетного сопротивления, к фактической.

На крайних свободных опорах изгибаемых элемен­тов продольные растянутые стержни заводят для анке - ровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10D; если наклонные трещины в растянутой зоне не об­разуются, то стержни заводят за внутреннюю грань опо­ры на длину не менее 5 D (рис. 1.29, б).

Напрягаемая арматура — стержни периодического профиля или арматурные канаты — при натяжении на упоры и достаточной прочности бетона применяется в конструкциях без специальных анкеров; арматура при натяжении на бетон (арматурные пучки) или натяжении на упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном (гладкая высокопрочная проволока) всегда закрепля­ется в бетоне специальными анкерами. Длина зоны ан - керовки напрягаемой арматуры без анкеров принимается равной длине зоны передачи напряжений с арматуры на ^етон по формуле

/р = 1»р(сАр) + ЛрЫ - (1-21)

Где <Ор, АХР определяются по табл. 1.3; Яьр — передаточная прочность бетона (кубиковая прочность бетона к моменту обжатия); oSp— предварительное напряжение в арматуре с учетом потерь; а! р при­нимается равным большему из значений Rs и aSJ>.

Таблица 1.3. К определению длины передачи напряжений для напрягаемой арматуры без анкеров

2d. 4 D. Коротыши

Рис. 1.31. Анкеровка напригаемой армату­ры,

А — цанговый захват для канатов и стерж­ней; б — коротыши н шайбы, приваренные к стержням; в — гайка иа нарезке конца

2D-?0D*(

Рис. 1.30. Схема ли­нейного изменения предварительного на­пряжения арматуры на длине зоны пере­дачи напряжений на бетон

Стержня с накатом; г — высаженная головка правильной формы; Д — высаженная головка со втулкой; е — петли и коротыши для анкерной гладкой высокопрочной проволоки

За

Рис. 1.32. Гильзовый анкер

А — до запрессовки пучка; б — после запрессовки; 1 — пучок; 2 — гильза; 3 — обжимное кольцо; 4—стержень с нарезкой

В элементах из легкого бетона значение, вычисленное по формуле (1.21), увеличивается в 1,2 раза. Для стер­жней периодического профиля всех видов значение /р принимается не менее 15 а. При мгновенной передаче усилия обжатия на бетон для стержней периодического профиля диаметром до 18 мм (срезаемых с натяжных приспособлений упоров форм при отпуске натяжения) значение 1р увеличивается в 1,25 раза. В элементах кон - '

3 K 5

Рис. 1.33. Анкер с колодкой н конической пробкой для за­крепления однорядного арматурного пучка (натяжение на бе­тон домкратом двойного действия)

1 — коническая пробка; 2 — колодка; 3 — стальная пли­та; 4 — патрубок; 5 — арматурный пучок

Рнс. 1.34. Анкер стаканного ти­па для закрепления мощного арматурного пучка (натяжение на бетон)

1 — бетон, запрессованный в анкер, обеспечивающий задел­ку пучка; 2—стальной стакан с приваренным дном; 3 — стальной стержень; 4 — сталь­ные шайбы; 5 — кольцо; 6 — Крюки на концах проволок

Струкций, эксплуатируемых при расчетных температурах ниже — 40 °С, значения увеличиваются в 2 раза.

Предварительное напряжение в арматуре считается изменяющимся линейно от нуля у края элемента до пол­ного значения в сечении, расположенном на расстоянии 1р от края элемента (рис. 1.30).

Для того чтобы бетон при передач^ на него усилий с напрягаемой арматуры не раскалывался, концы элемен­тов усиливают закладными деталями с анкерными стер­жнями, хомутами и т. п.

Для захвата, натяжения и закрепления на упорах ка­натов и стержневой арматуры периодического профиля применяют специальные цанговые захваты; кроме того, для стержневой арматуры применяют приваренные ко­ротыши или шайбы, нарезку накатом без ослабления сечения, высаженные головки правильной формы или не­правильной формы со втулкой (рис. 1.31).

Анкеры при натяжении арматуры на бетон должны обеспечивать хорошую передачу усилия с арматуры на бетон. В местах расположения анкеров у конца элемен­тов бетон усиливают дополнительными хомутами, свар­ными сетками, спиралями, а для равномерной передачи усилий с арматуры на бетон под анкерами размещают стальные плиты.

Заводской гильзовый анкер арматурного пучка со­стоит из стержня с нарезкой, заведенного внутрь пучка, и гильзы из мягкой стали, надетой поверх пучка (рис. 1.32, а). При протяжке через обжимное кольцо металл гильзы течет и запрессовывает проволоки пучка (рис. 1.32,6). Закрепление этого анкера после натяжения ар­матурного пучка на бетон домкратом производится гай­кой концевого стержня, затягиваемой до упора в торец элемента.

Анкер, в котором арматурный пучок закрепляют стальной конической пробкой, в процессе натяжения домкратом двойного действия изображен на рис. 1.33. Упором домкрата в торец элемента арматурный пучок натягивают до заданного напряжения, затем специаль­ным поршнем, выдвигаемым из домкрата, проволоки пуч­ка заклинивают конической трубкой в стальной ко­лодке.

Анкер стаканного типа применяют для закрепления более мощного арматурного пучка с несколькими ряда­ми концентрически расположенных проволок (рис. 1.34). Домкрат захватывает анкер и оттягивает его с упором на бетон на заданную величину; в зазор, образовавший­ся между анкером и торцом элемента, вводят шайбы с прорезями, благодаря чему арматурный пучок удержи­вается в напряженном состоянии.

Б. Усадка железобетона

В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутрен­ней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным, усадка и набухание железо­бетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и на­бухание бетона (рис. 1.35). Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напря­жений— растягивающих в бетоне и сжимающих в арма-

Туре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента Esi и стесненной усадки ар­мированного элемента &si, s (рис. 1.36)

4T = Esi — E$IfS (1.22)

Возникают средние растягивающие напряжения в бетоне

°Bt = HtEbf 0-23)

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зо­не контакта с арматурой. Деформации esi, s являются для арматуры упругими, и в ней возникают сжимающие нат пряжения

(1.24)

Уравнение равновесия внутренних усилий элемента, армированного двусторонней симметричной арматурой, имеет вид

AsAs = AbtA, (1.25)

Где As — площадь сечения арматуры; А — площадь сечения элемента. Отсюда найдем

Os = оы (А1А%) = CTbf/Hi, (1.26)

Где pi і=Л s /Л — коэффициент армирования.

Подставляя в (1.22) деформации, выраженные через напряжения по (1.23), (1.24), (1.26)

Найдем значение растягивающих напряжений в бетоне

ESi Es ,т

JjЈe v=E,/Eb — отношение модулей упругости арматуры и бетона.

При усадке железобетона растягивающие напряже­ния в бетоне зависят от свободной усадки бетона es/, Коэффициента армирования ц, класса бетона. С увели­чением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения оьі увеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяжении Rbt, возни­кают усадочные трещины. Растягивающие напряжения а» бетоне при стесненной усадке элемента, армированно­го односторонней несимметричной арматурой, возраста­ет вследствие внецентренного приложения к сечению усилия в арматуре

(1.28)

—

2,25 Es; Es

L/Hi + 2,25vAM

Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию тре­щин в тех зонах железобетонных элементов, которые ис­пытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлени­ем трещин влияние усадки уменьшается. В стадии раз­рушения усадка не влияет на несущую способность статически определимого железобетонного элемента. І В статически неопределимых железобетонных конст­рукциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятст­вуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на опре­деленное число градусов. Для тяжелого бетона возмож­но среднее значение es;,s« 1,5-Ю-4, что при коэффици­енте линейной температурной деформации At — 1 • 10-5°C_1 эквивалентно понижению температуры на ~15°С. Для железобетона на пористых заполнителях е5г,8«2-Ю-4.

Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия,.от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки.

6. Ползучесть железобетона

Ползучесть железобетона является следствием пол­зучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, становится внутренней связью, препятствующей свобод­ным деформациям ползучести. В железобетонном эле­менте под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к

'275МПа

6) Б^тмпа

100 Ш-І200 ЪОООН. /ОвШХ-200 ЪООдн.

Би=5М/?а

Би=2МПа

Рис. 1.37. Перераспределение на­пряжений в арматуре и бетоне сжатой железобетонной призмы вследствие ползучести бетона а — схема железобетонной прнзмы; б — бетон класса В40;

В — то же, В15 Рис. 1.38. Релаксация напряжений в бетоне при постоянных напря­жениях в арматуре железобетон­ной призмы а — схема железобетонной прнзмы с наложенными связями; б — зависимость реакции связей N — время T

А)

О) J N{T) Б)

T

W

I Wj

Перераспределению усилий между арматурой и бетоном. Процесс перераспределения усилий интенсивно протека­ет в течение первых нескольких месяцев, а затем в тече­ние длительного времени (более года) постепенно за­тухает. Продольные деформации арматуры и бетона центральнр-сжатой железобетонной призмы (рис. 1.37, а)

Благодаря сцеплению материалов одинаковы:

= <L29>

Отсюда сжимающее напряжение в продольной арматуре as = esЈs = CTb(vAb). (1.30)

Роль поперечных стержней или хомутов сводится глав­ным образом к предотвращению выпучивания продоль­ных сжатых стержней.

Уравнение равновесия внешней нагрузки и внутрен­них усилий в бетоне и продольной арматуре

N = cbA + csAs = obA(l + i1v/lb). (1.31)

Отсюда сжимающее напряжение з бетоне

A^JV/O+nivAb). (1.32)

Коэффициент упругопластических деформаций бетона Кь = ев/[ее + Ері (T, а)]

Зависит от времени T и уровня напряжений OblRb■ Сле­довательно, с течением времени вследствие уменьшения коэффициента Кь при постоянной внешней силе iV напря­жение в бетоне, согласно формуле (1.32), уменьшается. їПри этом напряжение в арматуре увеличивается. Кривые изменения во времени напряжений в бетоне и арматуре ;В железобетонной призме под нагрузкой показаны на рис. 1.37, б, е. При проценте армирования pi = 0,5 % че­рез 150 дней напряжения в арматуре возрастают более чем в 2,5 раза. С увеличением процента армирования до ці=2% интенсивность роста напряжений в арматуре снижается. При мгновенной разгрузке бетон и армату­ра деформируются упруго, однако остаточные пластиче­ские деформации бетона препятствуют восстановлению упругих деформаций в арматуре, в результате после раз­грузки арматура будет сжата, а бетон — растянут. Если растягивающие напряжения в бетоне после разгрузки превысят временное сопротивление при растяжении Obt>Rbt, то в бетоне появляются трещины. При повтор­ном загружении эти трещины закрываются.

Релаксация напряжений в бетоне железобетонной призмы наблюдается и при постоянных напряжениях в арматуре — в другом эксперименте (рис. 1.38, а). Если в железобетонной призме создать начальные сжимающие деформации еь и начальные сжимающие напряжения в бетоне оь и арматуре а? , а затем ввести связи, сохраня­ющие постоянной длину призмы /=const и препятству­ющие дальнейшему ее деформированию, то в любой мо­мент времени T после введения связей оказывается, что напряжение в бетоне

АЪ С) = е6£; = е6Х6£6<а°.

Напряжения в бетоне с течением времени уменьшаются, так как коэффициент%ь стечением времени уменьшается.

•з

При этом реакции связей 1

N (T) = Cb(T)A + AsAs

С течением времени при постоянных напряжениях в ар­матуре уменьшаются (рис. 1.38, б).

На работу коротких сжатых железобетонных элемен­тов ползучесть бетона оказывает положительное влия­ние, обеспечивая полное использование прочности бето­на и арматуры; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снижать их несущую способность; в изгибаемых элементах ползучесть вызывает увеличение прогибов; в1 предварительно напряженных конструкциях ползучесть приводит к потере предварительного напряжения.

Ползучесть и усадка железобетона протекают одно­временно и совместно влияют на работу конструкции.

7. Защитный слой бетона

Защитный слой бетона в железобетонных конструк­циях создается размещением арматуры на некотором удалении от поверхности элемента. Защитный слой бе­тона необходим для совместной работы арматуры с бе­тоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплу­атации конструкций, он защищает арматуру от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т. п. Толщина защитного слоя бетона на основании опы­та эксплуатации железобетонных конструкций устанав­ливается в зависимости от вида и диаметра арматуры, размера сечений элемента, вида и класса бетона, усло­вий работы конструкции и т. д.

Толщина защитного слоя бетона для продольной ар­матуры ненапрягаемой или с натяжением на упоры дол­жна быть не менее диаметра стержня или каната; в пли­тах и стенках толщиной до 100 мм —10 мм; в плитах и стенках толщиной более 100 мм, а также балках высо­той менее 250 мм — 15 мм; в балках высотой 250 мм и более — 20 мм; в сборных фундаментах—30 мм.

Толщина защитного слоя бетона у концов продольной напрягаемой арматуры на участке передачи усилий с арматуры на бетон должна составлять не менее двух диаметров стержня из стали классов A-IV, Ат-IV или арматурного каната и не менее трех диаметров стержня ^классов A-V, A-VI,'Ат-V, Ат-VI. Причем толщину защит - $К>го слоя бетона на указанном участке длины элемента Принимают не менее 40 мм для стержневой арматуры рсех классов и'не менее 20 мм для арматурного каната. ^Защитный слой бетона при наличии стальных опорных деталей допускается у концов элемента принимать та­ким же, как и для сечения в пролете.

Толщина защитного слоя бетона для продольной на­прягаемой арматуры, натягиваемой на бетон и распола­гаемой в каналах (расстояние от поверхности конструк­ции до ближайшей к ней поверхности канала), должна ;; быть не менее 20 мм и не менее половины диаметра ка - " нала, а при диаметре арматурного пучка 32 мм и более еще и не менее этого диаметра.

Расстояние от концов продольной ненапрягаемой ар­матуры до торца элементов должно быть не менее 10 мм, а. для сборных элементов большой длины (панелей дли­ной более 12 м, ригелей—'более 9 м, колонн — более 18 м)—не менее 15 мм.

Минимальную толщину защитного слоя бетона для поперечных стержней каркасов и хомутов при высоте сечения элемента менее 250 мм принимают 10 мм, при высоте сечения элемента 250 мм и более— 15 мм.