Betonul armat ( germană: Stahlbeton ) este un material de construcție format din beton și oțel [1] . Brevetat în 1867 de Joseph Monnier [2] ca material pentru fabricarea cuvelor pentru plante.
În 1895, pentru a accelera procesul de construcție a Bisericii în cinstea Adormirii Maicii Domnului din Sankt Petersburg pe insula Vasilyevsky, arhitectul civil V. A. Kosyakov a decis să folosească beton armat în loc de cărămidă pentru construcția clădirii. arcade principale, iar deja la 18 decembrie (30), 1897, culoarul principal
În 1912, a fost construită prima structură din beton armat din Rusia, Turnul Rybinsk .
Dezvoltarea teoriei betonului armat în Rusia în prima jumătate a secolului al XX-lea este asociată cu numele lui A. F. Loleit , A. A. Gvozdev , V. V. Mikhailov , M. S. Borishansky, A. P. Vasiliev, V. I. Murashev, P L. Pasternak . Stolyarov , O. Ya. Berg și alții.
În secolul al XX-lea, betonul armat a devenit cel mai comun material în construcții (vezi Pietro Nervi ) și a jucat un rol semnificativ în dezvoltarea unor tendințe arhitecturale precum modernismul și funcționalismul .
Calitățile pozitive ale structurilor din beton armat includ:
Dezavantajele structurilor din beton armat includ:
Există beton armat prefabricat (structurile din beton armat sunt fabricate în fabrică, apoi montate într-o structură finită) și beton armat monolit (betonarea se realizează direct la șantier), precum și prefabricat-monolitic (structurile prefabricate sunt utilizate ca un cofraj lăsat - sunt combinate avantajele structurilor monolitice și prefabricate ).
În Rusia, se obișnuiește să se calculeze elemente din beton armat: conform primului și al doilea grup de stări limită:
Sarcinile de calcul al structurilor din beton armat pentru primul grup de stări limită includ:
Întărirea structurilor se realizează, de regulă, cu tije sau ochiuri de oțel separate, cadre. Diametrul tijelor și natura locației lor sunt determinate prin calcule. În acest caz, se respectă următorul principiu - armătura este instalată în zone întinse de beton sau în zone comprimate cu rezistență insuficientă a acestuia din urmă, precum și din motive structurale.
La calcularea elementelor de îndoire din beton armat, scopul principal este de a determina aria necesară a armăturii de lucru în conformitate cu forțele date (problema directă) sau de a determina capacitatea portantă reală a elementului în funcție de parametrii geometrici și de rezistență dați. (problema inversa).
Prin natura lucrării, se disting elementele de încovoiere ( grinzi , plăci), elementele comprimate central și excentric ( stâlpi , comprimate central și excentric, elemente întinse (elemente de fermă)).
Când orice element este îndoit, în el apare o zonă comprimată și întinsă (vezi figura), un moment încovoietor și o forță transversală. Elementele din beton armat îndoit, de regulă, sunt calculate în funcție de rezistența următoarelor tipuri de secțiuni:
Într-un caz tipic, armarea grinzii se realizează prin armătură longitudinală și transversală (vezi figura).
Elemente de design:
Armătura de sus poate fi întinsă, iar cea de jos poate fi comprimată dacă forța exterioară acționează în sens opus.
Principalii parametri de proiectare:
Armătura (2), instalată în zona de tensiune, servește la întărirea elementului din beton armat, betonul în care, datorită proprietăților sale, se prăbușește rapid la întindere. Armătura (1) este de obicei instalată în zona comprimată fără calcul (din cauza necesității de a suda armăturile transversale pe aceasta), în cazuri rare, armătura superioară întărește zona de beton comprimat. Armătura de întindere și zona de beton comprimat (și uneori armătura de compresie) asigură rezistența elementului în secțiuni normale (vezi figura).
Armătura transversală (3) este utilizată pentru a asigura rezistența secțiunilor înclinate sau spațiale (vezi figura).
Armătura de distribuție (4) are un scop constructiv. La betonare, leagă armătura într-un cadru.
Distrugerea elementului in ambele cazuri se produce datorita distrugerii betonului prin tensiuni de tractiune. Armătura este instalată în direcția tensiunilor de tracțiune pentru a întări elementul.
Grinzile și plăcile de înălțime mică (până la 150 mm) pot fi proiectate fără a instala armături superioare și transversale.
Dalele sunt armate după același principiu ca și grinzile, doar lățimea B în cazul plăcii depășește semnificativ înălțimea H, există mai multe tije longitudinale (1 și 2), acestea sunt distribuite uniform pe toată lățimea secțiunii.
Pe lângă calculul rezistenței, pentru grinzi și plăci, se efectuează calculul rigidității (se normalizează deformarea în mijlocul travei sub acțiunea unei sarcini) și rezistența la fisuri (se normalizează lățimea deschiderii fisurii în zona de tensiune).
Când un element lung este comprimat, acesta se caracterizează printr-o pierdere a stabilității (vezi figura). În acest caz, natura lucrării elementului comprimat amintește oarecum de lucrul unui element îndoit, cu toate acestea, în cele mai multe cazuri, o zonă întinsă nu apare în element.
Dacă îndoirea elementului comprimat este semnificativă, atunci se calculează ca comprimat excentric. Designul unei coloane comprimate excentric este similar cu cel al uneia comprimate central, dar în esență aceste elemente funcționează (și sunt calculate) în moduri diferite. De asemenea, elementul va fi comprimat excentric dacă, pe lângă forța verticală, acţionează asupra lui o forță orizontală semnificativă (de exemplu, vântul, presiunea solului pe peretele de sprijin).
O armătură tipică pentru stâlp este prezentată în figură.
pe imagine:1 - armatura longitudinala
2 - armatura transversala
În elementul comprimat, toată armătura longitudinală (1) este comprimată; aceasta percepe compresia împreună cu betonul. Armatura transversala (2) asigura stabilitatea barelor de armare si previne flambajul acestora .
Stâlpii sunt considerați masivi dacă latura minimă a secțiunii transversale este mai mare sau egală cu 400 mm. Secțiunile masive au capacitatea de a crește rezistența betonului pentru o lungă perioadă de timp, adică ținând cont de posibila creștere a sarcinilor în viitor (și chiar de amenințarea cu distrugere progresivă - atacuri teroriste, explozii etc.) - au un avantaj față de coloanele nemasive. Acea. economiile de moment nu au sens în viitor și, în plus, secțiunile mici nu sunt avansate din punct de vedere tehnologic în producție. Este necesar un echilibru între economie, masa structurii etc. construcție care confirmă viața (Construcții durabile).
Producția de structuri din beton armat include următoarele procese tehnologice:
Esența structurilor prefabricate din beton armat, față de cele monolitice, este că structurile sunt fabricate la fabricile de produse din beton armat (produse din beton armat), iar apoi livrate la șantier și montate în poziție de proiectare. Principalul avantaj al tehnologiei prefabricate din beton este că procesele tehnologice cheie au loc în fabrică. Acest lucru face posibilă obținerea unor rate ridicate în ceea ce privește timpul de producție și calitatea structurilor. În plus, fabricarea structurilor din beton armat precomprimat este posibilă, de regulă, numai în fabrică.
Dezavantajul metodei de fabricație din fabrică este incapacitatea de a produce o gamă largă de modele. Acest lucru este valabil mai ales pentru varietatea de forme de structuri fabricate, care se limitează la cofrajele standard. De fapt, numai structurile care necesită aplicare în masă sunt fabricate în fabrici de beton armat. În lumina acestei circumstanțe, introducerea pe scară largă a tehnologiei prefabricate din beton duce la apariția unui număr mare de clădiri de același tip, ceea ce, la rândul său, duce la o reducere a costurilor de construcție. Un astfel de fenomen a fost observat în URSS în perioada construcției în masă.
O mare atenție la fabrica de produse din beton este acordată schemei tehnologice de fabricație. Sunt utilizate mai multe scheme tehnologice:
În tehnologiile transportoare și flux-agregate se utilizează metoda cofrajului.
Pentru fabricarea structurilor precomprimate se folosesc două metode de creare a precomprimarii: tensiune pe opritoare și tensiune pe beton, precum și două metode principale de armătură de tensionare: electrotermică și electrotermomecanică. O variație a tehnologiei bancului este tehnologia de turnare fără formă ( BOF ) care utilizează precomprimarea. Echipamentul liniei de cofraj include:
Se folosesc mașini de formare pentru turnare fără formă, tehnologia de alunecare, vibrocompresie și tehnologia de extrudare.
La fabricarea structurilor monolitice din beton armat, trebuie luat în considerare faptul că caracteristicile fizice și mecanice ale armăturii sunt relativ stabile, dar aceleași caracteristici ale betonului se modifică în timp. Este întotdeauna necesar să se găsească un compromis între rezervele în design și design (alegerea formelor și a secțiunilor - alegerea între fiabilitate, „viață”, dar severitatea structurilor masive și între eleganță, delicatețe, ușurință, dar „moarte”. „a structurilor cu un modul mare de suprafață), costul și calitatea materiilor prime, costul de fabricație a structurilor monolitice din beton armat, consolidarea controlului operațional de către lucrătorii ingineri și tehnici în toate etapele, atribuirea măsurilor de îngrijire a betonului, protejarea acestuia în timp (crearea condiții de creștere a caracteristicilor sale în timp, care pot fi necesare până în momentul în care operațiunea începe să reziste distrugerii progresive), controlând dinamica unui set de caracteristici de bază de rezistență și deformare ale betonului [5] [6] . Adică, foarte mult depinde de a cărui poziție sunt proiectate structurile și tehnologia, munca este efectuată și controlată și ceea ce este pus în prim-plan: fiabilitate și durabilitate, economie, fabricabilitate, siguranță operațională, posibilitatea de aplicare ulterioară prin armături și reconstrucții. , așa-numita abordare rațională, adică proiectarea din sens opus (întâi ne gândim la modul în care generațiile următoare le vor desprinde pe toate și le vor reutiliza) [7] .
Pentru a proteja structurile din beton armat, se folosesc compoziții polimerice speciale pentru a izola stratul de suprafață al betonului armat de influențele negative ale mediului (agenți chimici, influențe mecanice). Pentru protejarea bazei din beton armat se folosesc diferite tipuri de structuri de protecție, care permit modificarea proprietăților operaționale ale suprafeței minerale - creșterea rezistenței la uzură, reducerea separării prafului, conferirea de proprietăți decorative (culoare și luciu) și îmbunătățirea rezistenței chimice. Acoperirile polimerice aplicate pe bazele din beton armat sunt clasificate pe tipuri: impregnări de desprăfuire, acoperiri în strat subțire, pardoseli autonivelante , acoperiri cu umplutură mare.
O altă metodă de protejare a structurilor din beton armat este acoperirea armăturii cu fosfat de zinc [8] . Fosfatul de zinc reacționează lent cu o substanță chimică corozivă (de exemplu alcalii) pentru a forma o acoperire permanentă de apatită .
Pentru a proteja structurile din beton armat de efectele apei și ale mediului agresiv, se folosește și hidroizolația penetrantă , care modifică structura betonului, crescând rezistența acestuia la apă, ceea ce previne distrugerea structurilor din beton și coroziunea armăturilor .
Armătura cu compozite este utilizată pentru armarea longitudinală și transversală a elementelor de bară, pentru a crea cochilii de armare de armare pe stâlpi și suporturi de poduri, pasaje de suprafață, console de coloane, pentru a arma plăci, cochilii, elemente de ferme și alte structuri.
Istoricul aplicațiilorPrima instalație mare din Rusia în care a fost folosită armătură cu materiale compozite (în special, plastic armat cu fibre - armătură FAP) a fost pasajul superior al celui de-al treilea inel de transport de la Moscova în 2001 [9] .
Utilizarea materialelor compozite are următoarele avantaje:
Gradul rațional de armătură cu ajutorul sistemului FAP este în intervalul 10-60% din capacitatea portantă inițială a structurii armate [10] . Rezistența de aderență a materialului de armătură este în marea majoritate a cazurilor mai mare decât rezistența la tracțiune a celor mai comune betoane structurale (până la clasa B60).
Utilizarea materialelor și tehnologiilor moderne pentru lipirea armăturilor exterioare, cu un control adecvat al calității lucrărilor de construcție, elimină practic posibilitatea delaminarii structurii de-a lungul limitei FAP-beton.
Un experiment numeric, în care munca betonului a fost arătată folosind criteriul de rezistență William și Warnke, a arătat că contribuția FRP la rezistența totală a secțiunii înclinate depinde în mare măsură de prezența și procentul de armătură cu armătură transversală din oțel. Odată cu creșterea procentului de armătură cu armătură din oțel, eficiența sistemului de armare scade. Principalul tip de distrugere a grinzii armate este perforarea betonului de bază, pornind de la punctele de tensiuni principale maxime de întindere la capetele libere ale clemelor exterioare de armătură [11] .
Sistemele de armare exterioara sunt seturi de materiale carbonice, lianti polimerici, grunduri speciale, chituri si amestecuri de reparatii destinate armarii structurale a structurilor de constructii: beton armat, caramida, piatra sau lemn. Esența acestei metode este creșterea rezistenței elementelor care percep sarcini în timpul funcționării clădirilor și structurilor, folosind țesături de carbon, lamele și grile. Întărirea structurilor clădirii cu fibră de carbon mărește capacitatea portantă fără a modifica schema structurală a obiectului.
Beneficiile armăturii structurale cu fibră de carbon ![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Dicționare și enciclopedii | ||||
|