Сцепление арматуры с легкими бетонами



Под сцеплением понимают сопротивление забетонированного арматурного стержня выдерживанию или продавливанию. Как и в тяжелом бетоне, силы сцепления зависят от ряда физических и механических факторов:

1) склеивание арматуры с бетоном благодаря клеящей способности цементного камня;

2) силы трения, возникающие в результате обжатия арматуры в процессе усадки бетона;

3) силы механического зацепления из-за неровностей арматуры или наличия выступов.

На значение напряжений сцепления τg влияют состояние поверхности арматуры (шероховатость, периодический профиль), прочность бетона, степень уплотнения бетона в контактной зоне, сопротивления зерен заполнителя деформациям под сосредоточенными нагрузками в местах контакта с ребрами стержней периодического профиля. В силу последнего сцепления легких бетонов может быть ниже, чем тяжелых.

Прочность сцепления стержней периодического профиля с легким бетоном определяют по формуле:

                                          (1.22)

В приопорных частях балок, плит и других аналогичных конструкций на напряжения сцепления оказывает влияние опорное поперечное давление q (рис. 1.5), которое по прочности для существующих типовых конструкций не превышает 0,3Rm (Rm – средняя кубиковая прочность бетона).

Поперечное давление вызывает появление радиальных напряжений (нормальных) σττ по поверхности контакта арматурного стержня с бетоном. Среднее напряжение сцепления τg.q возникающее вследствие поперечного обжатия стержня:

,                                            (1.23)

k – коэффициент трения стержня по бетону (для гладких стержней k=0,3; для стержней периодического профиля k= 0,5);

γg – коэффициент условий работы, зависящий от прочности бетона и класса арматуры и колеблющийся в пределах от 0,8…0,92, в среднем его принимают равным 0,9.

Рисунок 1.5 – Опорный участок элемента и распределение радиальных напряжений вокруг арматурного стержня.

 

Влияние армирования на усадку и ползучесть

Усадка и ползучесть армированных легких бетонов изучены мало.

В армированном элементе свободные усадка и ползучесть сдерживаются арматурой, которая играет роль внутренней связи, т.к. ее модуль упругости выше модуля упругости бетона. Вследствие этого деформации усадки и ползучести армированного бетона ниже, чем неармированного, причем, чем выше коэффициент армирования μ, тем больше его влияние.

Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента εsl и стесненной усадки армированного элемента εsl,s (рис. 1.6)

εвt= εsl – εsl,s.                                          (1.24)

Возникают средние растягивающие напряжения в бетоне.

Рисунок 1.6 – Деформации усадки образцов:

а) – бетонного; б) – железобетонного

                                          (1.25)

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

                                            (1.26)

Теоретически влияние армирования на процессе усадки получим, использовав условие внутреннего равновесия, в любой момент времени t.

                                      (1.27)

и условие совместности деформаций

                                     (1.28)

где σвt(t) – растягивающие напряжения в бетоне к моменту времени t;

 σs(t) – сжимающие напряжения в арматуре к моменту времени t;

  Ав – площадь поперечного сечения бетона ( );

  εsl(t) – деформации свободной усадки бетона к моменту времени t;

  εsl,s(t) – деформации сжатия в арматуре к моменту времени t;

  εвt(t) – деформации растяжения в бетоне к моменту времени t;

Учитывая, что из (1.27) σвt(t)= μσs(t) и

εвt(t)=                                         (1.29)

после интегрирования и решения уравнения (1.29), получаем выражение для определения деформаций усадки армированного бетона  

                  (1.30)

где

Н(t,τ) – резольвента ядра.

;                         (1.31)

С(t) – удельная деформация ползучести бетона. Для приближенного описания изменения С(t,τ) можно использовать эмпирическую формулу, полученную на основе статистической обработке результатов опытов с керамзитобетоном

С(t,τ) ,

где ;

ξ1, ξ3, ξ4 – коэффициенты, учитывающие соответственно возраст бетона к моменту нагружения, приведенный размер поперечного сечения и относительную влажность среды (принимают по нормам);

k= 13,5·10-6 м3/кг;

В – расход воды, кг/м3,

Rm – кубиковая прочность бетона.

Формула (4.30) даст хорошую сходимость с опытными данными, но она сложна для практического пользования. Поэтому при расчетах применяют эмпирические зависимости, основанные на экспериментальных данных. Так для керамзитобетона используют формулу:

,                                (1.32)

где εsl(100) – свободная усадка бетона к моменту наблюдений (100 суток) вычисляется по формуле (1.20). Для других бетонов используют зависимость

                                (1.33)

При выводе формулы для ползучести армированного легкого бетона при осевом сжатии используется уравнение равновесия и совместности деформации арматуры и бетона:

                                (1.34)

                           (1.35)

где εs(t) и εв(t,τ) – деформации арматуры и бетона к моменту времени t при загружении элемента в возрасте τ;

N(t) – осевая сжимающая сила во времени t.

Деформации бетона εв(t,τ) запишем в виде

,                       (1.36)

где  – функция влияния.

Учитывая, что из (1.34)  и условие (1.35), после некоторых преобразований получим интегральное уравнение Вольтера второго рода

,                      (1.37)

где .

Так как , где  полная относительная деформация армированного элемента, а деформация ползучести элемента , то после решения (1.37) получим

,                             (1.38)

где .

Для частного случая, когда N(t)=N=const, Eв(t)=Eв=const, выражения для f2(t) и f3(t) принимают вид

; .               (1.39)

Для приближенного определения деформаций армированного бетона можно использовать зависимость

,                     (1.40)

где С(t,τ) вычисляют по формуле (1.32).

 

Теплофизические свойства

Теплофизические свойства легких бетонов оценивают физическими (средняя плотность, пористость, воздухопроницаемость, звукоизолирующая способность), влажностными (влажность, паропроницаемость, сорбционная влажность, водопоглащение), и теплотехническими (теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость, теплоусвоение) характеристиками.

Средняя плотность легких бетонов является важнейшей характеристикой, от которой зависят многие другие. В СниП 2.04.01-84 установлены марки по плотности: Д800, Д900…Д2200. В ГОСТ 25820-83 марки бетона по плотности обозначены буквами «Пл» (например Пл1400). Марка по средней плотности означает массу 1м3 легкого бетона в сухом состоянии.

Пористость  ρm – средняя плотность; ρ – истинная плотность ρ определяют делением массы бетона на объем без учета пор. Пористость легких бетонов колеблется от 25…80% (для тяжелого бетона 10…20).

Влажность зависит от технологических факторов и температуры – влажностных условий хранения и эксплуатации легких бетонов. Первоначальное содержание влаги в бетонах со средней плотностью > 1400 кг/м3 составляет 10…20%. Максимальная влажность бетона в различных видах конструкций устанавливается соответствующими нормами.

На водопоглащение бетона в первую очередь влияет открытая межзерновая пористость, вид заполнителя, вяжущего, структура бетона. С увеличением плотности водопоглащение уменьшается.

Коэффициент теплопроводности имеет решающее значение при определении толщины ограждающих конструкций. Зависит от структуры бетона, средней плотности, зернового состава заполнителей, влажности бетона и других факторов. Значение коэффициента теплопроводности приведены в СниП 11-3-79* «Строительная теплотехника». Так, для шлакопемзобетона, шунгизитобетона и керамзитобетона с ρм=1400кг/м3 коэффициенты теплопроводности λ, в сухом состоянии соответственно равны 0,35;0,49 и 0,47 Вт/(м·Со).

 


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 117; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ